简支工字形钢梁弯扭作用下整体稳定性研究

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工字形钢梁由于自身良好的结构特点和受力性能而在现代结构工程中得到广泛应用。由于材料的轻质高强特性,工字形钢梁的极限承载力主要由稳定控制。对开口薄壁构件的稳定问题,国内外已进行了大量研究,并取得的丰硕的成果,然而对于弯扭共同作用下稳定问题却研究较少,同时对弯扭共同作用下的钢结构,我国现行《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中也没有相关的设计验算公式,因此有必要对这一问题进行深入的研究和探讨。本文对简支工字钢梁在弯扭共同作用下的整体稳定问题进行了理论分析。本文首先介绍了运用平衡法列出的平衡微分方程和运用能量法列出的总势能方程,并指出这些稳定承载力方程都不能求解出解析解,因此在对简支工字形钢梁整体稳定性进行研究和分析时需要采用数值分析的方法。接着,本文阐述了运用有限元方法对简支工字形钢梁弯扭作用整体稳定进行分析的基本概念和通过有限元方法对弯扭共同作用下简支工字形钢梁整体稳定承载力进行计算的方法和步骤。最后本文给出了弯扭作用下简支工字形钢梁整体稳定承载力极限状态判别准则,对如何运用有限元分析结果判断整体稳定状态和求其整体稳定极限承载力进行了说明。本文运用有限元软件ANSYS对弯扭共同作用下的简支工字形钢梁进行了非线性屈曲分析。分析时考虑了跨度变化、偏心距变化、腹板高度变化和翼缘宽度变化等因素的影响,得到了钢梁在弯扭共同作用下,考虑不同参数影响时的整体稳定极限荷载值。总结了工字形钢梁荷载变形特性曲线随这些因素变化的规律。根据分析结果,对所计算分析的各种工字形梁模型的弯扭相关曲线进行了对比分析。在综合考虑了以上分析结果的基础上,参考Trahair公式的形式,利用数据分析软件ORIGIN对假定的拟合方程进行拟合分析,得到拟合公式各系数α、 β和γ的经验计算公式,从而得出弯扭共同作用下简支工字形钢梁整体稳定承载力公式。最后与ANSYS结果进行了对比分析,验证了该公式的合理性。
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