具有杆间扭转约束的轴心压杆稳定性研究

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在我国的钢结构建筑物中,钢塔架结构应用广泛。钢塔架结构的主要受力构件为塔柱,承受较大的轴向压力,容易在达到钢材的屈服强度前发生失稳破坏。且塔柱一旦破坏,严重的会导致钢塔架结构发生整体倾覆。因此,研究钢结构中轴心压杆的稳定性,对实际工程的安全问题具有十分重要的意义。钢塔架结构中的轴心压杆周围存在其他杆件约束,因此不能简单地使用长度系数法计算压杆的稳定承载力,应该考虑周围杆件对压杆的约束作用。目前针对具有杆间弹性支撑的压杆稳定性理论及试验研究进行的趋于完善,但针对具有杆间扭转约束的压杆稳定性研究还缺少理论及试验基础。为了研究具有杆间扭转约束的轴心压杆稳定性问题,主要内容如下:首先将工程模型简化为具有杆间扭转弹簧约束的轴心压杆,根据简化后的理论模型进行理论推导。由于实际工程中压杆的两端约束既有刚接也有铰接,故理论模型分为两端简支和两端固定两种情况讨论,基于理论模型求解轴心压杆的稳定承载力与杆间扭转弹簧刚度的关系公式,得到关系曲线;之后根据理论模型,以横梁代替扭转弹簧,使用杆间横梁支撑轴心压杆进行失稳试验,调整横梁截面以改变横梁抗扭刚度,做四组不同抗扭刚度下的压杆稳定承载力试验,验证两端简支模型的理论解的正确性;做六组不同抗扭刚度下的压杆稳定承载力试验,验证两端固定模型的理论解的正确性。同时使用ABAQUS进行有限元分析,计算十组试验模型的有限元解,对比试验模型的理论值、试验值、有限元值,依据试验结果对有限元建模方法的可靠性进行验证。基于经过验证的有限元模型进行大量算例分析,计算杆间不同扭转弹簧刚度下压杆的稳定承载力,对理论关系曲线进行验证。最终,通过试验和有限元验证了理论解的正确性,弥补了目前在具有杆间扭转约束的轴心压杆稳定性研究方面的不足,提出可供工程设计使用的计算公式。
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