两端约束条件相同的有侧移钢框架梁整体稳定性研究

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钢梁的整体稳定是钢结构设计中十分重要的内容。当无法提供可靠的侧向支撑时,钢框架梁容易发生平面外弯扭屈曲。我国现行钢结构设计规范采用的是把钢框架梁当成在钢框架内力作用下的两端理想简支梁模型计算的一种近似方法。但是钢框架梁端部边界条件复杂,且梁跨度范围内弯矩有正有负,这会导致钢框架梁的整体稳定计算与简支梁大不相同。本文对两端约束条件相同的有侧移钢框架进行整体稳定研究,具体内容如下:(1)由于钢框架梁端部边界条件复杂,本文提出如下模型:钢框架梁端绕强轴弯曲受相邻梁柱的平面内约束,通过弹簧铰模拟其约束程度;梁端侧向弯曲、扭转和翘曲均为固定。选取合适的无侧移和有侧移两种情况下的梁柱刚接钢框架子结构,将子结构计算模型简化为两端弹簧铰约束的梁,通过相邻梁柱转动约束刚度计算出钢框架梁端部的转动刚度,即目标计算梁端部弹簧铰的刚度。(2)基于梁的内力计算公式,本文采用能量法,对双轴对称工字型截面钢框架梁的整体稳定进行理论分析,列出总势能方程。针对均布荷载和跨中集中荷载两种荷载情况作用于钢框架梁剪心和上翼缘处,用瑞利-里兹法推导出两端约束条件相同的有侧移钢框架梁的弹性临界弯矩理论公式和等效弯矩系数理论公式,并给出了两端约束条件相同的有侧移钢框架梁临界弯矩的通式。(3)选用有限元分析软件ANSYS建立有侧移钢框架梁的模型,并进行了模型的校核。(4)将本文推导的理论公式计算结果与ANSYS分析得到的临界弯矩数据进行对比,结果表明本文推导出的理论公式与ANSYS的数据吻合良好,具有一定的适用性。并分析了框架柱轴压力、相邻梁柱线刚度比和扭转刚度参数三个影响因素对横向荷载作用下有侧移钢框架梁弹性弯扭屈曲的影响。(5)将本文推导的理论公式计算结果与用修订后的美国规范公式计算得到的临界弯矩数据进行对比,发现美国规范公式计算得出的结果普遍偏小,会导致设计中梁截面选取偏大,不够经济。
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