基于半刚性连接的钢梁整体稳定承载力研究

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钢结构受弯构件在缺少侧向支撑的情况下容易发生侧向弯扭屈曲,即整体失稳。梁端的支承条件是影响钢梁整体稳定承载力的重要因素。目前大多数的研究都是建立在梁端简支的情况下,这样做的好处是力学模型简单,便于分析推导。我国的《钢结构设计标准》(GB 50017-2017)中对于受弯构件的整体稳定也仅提供了等值端弯矩和横向荷载作用下的计算公式,缺少对梁端约束条件的考虑。钢结构中梁柱节点通常是介于铰接与刚接之间的半刚性节点,而节点的半刚性使得梁端的约束条件变得复杂,与传统的简支梁计算模型有较大的区别。鉴于此,本文推导了半刚性连接钢梁的整体稳定承载力计算方法,并提出了相应的设计公式,为现行钢结构规范提供一点补充。本文首先分析了受弯构件整体稳定的计算方法,确定钢梁弯扭屈曲总势能方程,将梁端约束考虑为弹簧约束,建立了半刚性连接下钢梁弯扭屈曲的总势能方程。运用能量法求解得到双轴对称工字形截面固支梁的弹性弯扭屈曲临界弯矩,作为半刚性连接钢梁的理论参考。以半刚性端板连接节点为对象分析梁端支承条件,将侧向弯曲约束和平面内转动约束考虑为弹簧约束,推导了半刚性连接下钢梁弹性弯扭屈曲的临界弯矩表达式,并得到了荷载类型和荷载作用高度的临界弯矩系数。然后,利用有限元软件ABAQUS分析了半刚性端板连接的节点刚度,对不同约束条件下的钢梁进行了屈曲分析。对于等值端弯矩作用在剪心的情况,本文推导公式的计算结果与有限元计算结果比较吻合。针对横向荷载作用在钢梁上翼缘的情况,讨论分析了计算结果和有限元结果。对误差原因进行了分析并提出了修正方法,并通过算例验证了修正方法的可行性。最后提出了半刚性连接钢梁的弹性整体稳定计算公式。针对两种特殊支承情况的等效弯矩系数,采用回归分析提出了简便计算公式。通过计算实例将本文的计算方法与国外规范进行了对比,结果表明本文推导的考虑梁端约束的计算方法的适用性较好。
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