风吸力作用下C形和Z形檩条的弹性弯扭屈曲

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轻钢屋面自重很轻,檩条较不利的受力情况是在风吸力作用时出现的,且常用截面形式(C形和Z形)为非双轴对称的开口薄壁截面,抗弯扭性能很弱,极易发生弯扭屈曲。现有的研究多以数值分析或试验的方法为主,难以从根本上把握檩条弯扭失稳的原因,本文对风吸力作用下檩条的弹性弯扭屈曲问题进行了理论及数值分析,在忽略屋面系统对檩条提供的扭转约束,只考虑其对上翼缘的侧向位移约束的条件下,建立了风吸力作用下的简支檩条屈曲分析的理论模型。应用薄壁构件理论,采用非线性应变的计算方法,建立了薄壁型钢檩条弯扭屈曲问题的总势能。应用能量法得到了无支撑的及跨中设置一根拉条的冷弯C形和Z形檩条的临界弯矩表达式,与采用ANSYS板壳单元建模的结果进行对比,对线性分析得到的上翼缘水平反力系数进行修正,提出了与ANSYS分析结果符合很好计算公式,并给出了设置拉条后判断单波屈曲与双波屈曲临界点的方法。对比无支撑的及设置一根拉条的简支檩条的计算结果,分析了拉条在提高檩条稳定性方面所发挥的作用,并得到了拉条设置在腹板不同位置时对临界弯矩的影响规律。
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