薄壁结构的空间变形分析

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薄壁构件在最大程度上体现了钢结构轻质高强的特点,随着轻型钢结构应用日广,薄壁构件的应用问题也越来越突出。本文首先介绍了文献[1]提出的“翘曲理论”,并以此为基础,通过大量的例题分析,阐述了该理论的应用。指出“翘曲理论”作为工程实用计算理论,在理论上是正确的和先进的,在实际的工程运用中也是可行的、有效的。具体来说,本文主要做了以下几方面的研究工作: ①对“翘曲理论”做了概要介绍。简要介绍了“翘曲理论”的基本假定、计算模型,指出薄壁构件实质上可以看成是由若干窄矩形截面杆件组成的杆件体系,是彼此脊线相联的框架,是一种超静定结构。利用“翘曲理论”设计的两个描述薄壁构件内力和变形的工具:弯矩矢量和转角向径,导出了内力和变形的统一方程,建立了迅速求解薄壁截面应力和变形的方法:动态坐标法。说明了它将平面弯曲理论和约束扭转理论统一起来,并可完全借用平面弯曲理论的处理方法来进行计算,在变形和应力的计算方面有着巨大的优势,尤其是在复杂支座问题、弯心不共线问题的分析上给出了根本的解决办法。还澄清了自由扭转刚度的作用,指出自由扭转刚度应该放到二阶分析中去。为了具体说明问题,给出了大量的计算实例。 ②以薄壁构件的空间变形计算为基础,在忽略薄壁构件的自由扭转刚度的前提下,结合力法和位移法通过算例介绍了“翘曲理论”在简单超静定薄壁梁中的应用。 ③薄壁板架的空间变形分析。把平面框架中已行之有效的假定移置到薄壁框、板架的空间变形分析中,指出对薄壁框架和板架可以分别按“单片框架”和“交叉梁系”的计算模型进行计算,这样不再为薄壁框架和板架的弯扭耦连所困扰,既大大的简化了计算,又清晰的表明了变形反应。 ④用矩阵法对弯心不共线的薄壁梁进行了分析。文章突破了传统方法分析薄壁结构的限制条件,利用直接计算薄壁构件空间变形的方法,先推出了薄壁结构的单元柔度矩阵,然后结合平衡条件和变形协调条件,求出了薄壁梁的空间变形。又导出了薄壁结构的单元刚度矩阵,利用矩阵位移法求解同样的结构,使两种方法相互印证。同时指出,由于单元刚度矩阵的诸元素数据简洁、计算简单,因此在薄壁构件体系的计算中,位移法比力法更具有优势。 当然,本文的工作还需要进一步推进。比如将矩阵位移法应用于多高层空间薄壁刚架结构,将动态坐标法向非线性、动力分析等领域推进,以及如何考虑截面的畸变等等,都还有很多后续工作要做。
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