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焊接工字形连续钢梁畸变屈曲性能研究

【摘要】:钢结构在现代建筑工程中被广泛应用于各个领域,如超高层钢结构建筑、大跨度工业厂房、大型体育馆、大跨度高架桥等等。稳定问题是钢结构中突出的问题,一直是设计中的首要考虑的问题。钢梁是钢结构中主要受弯构件,为了充分发挥钢梁的抗弯性能,钢梁在其工作平面内的抗弯刚度越大越好,窄而高截面形式是工程设计人员的偏爱,其中最常用的是工字形截面。工字形截面钢梁的主要屈曲模式有畸变屈曲、弯扭屈曲和局部屈曲,其中畸变屈曲是介于弯扭屈曲和局部屈曲两种失效模式之间的屈曲模态。近年来国际上比较关注畸变这一屈曲模式,学者们对工字形梁畸变屈曲进行了一定的理论、试验研究。由于畸变屈曲与局部、整体屈曲的失稳机理相比较为复杂,目前的研究还没有总结出主要参数对单轴对称工字形梁畸变屈曲的影响范围,且没有简便的方法来计算畸变屈曲的极限承载力,仍需要进行深入的研究。本课题利用ANSYS有限元开展对单轴对称工字形双跨连续梁的弹性和弹塑性畸变屈曲性能进行分析。首先,利用有限元软件通过变化梁的腹板高度、厚度、截面不对称系数ρ、梁跨度等参数,对单轴对称工字形双跨连续梁进行弹性和弹塑性分析。根据工字形连续梁的变形判断该梁的失稳模态,将所判断的结果与已有的参考文献的理论分析结果进行比较,提出了主要参数对单轴对称工字形双跨连续梁畸变屈曲的影响范围:在均布荷载作用下,当L/hw2.4且K3√ρ1.92时,单轴对称工字形连续梁的主要屈曲模式为畸变屈曲;在集中荷载作用下,当2/hw2.8且K3√ρ1.74时,单轴对称工字形连续梁的主要屈曲模式为畸变屈曲。然后,在梁发生畸变屈曲失稳模态的主要影响参数取值范围内,研究了腹板的高厚比、跨高比、截面不对称系数ρ对梁畸变屈曲极限承载力的影响。通过分析发现,工字形连续梁的畸变屈曲模态较为复杂,以A1t10-.-d500系列为例,跨高比L/hw在2.4~3.2范围内,腹板局部应力较大,梁畸变屈曲模式中以局部-畸变相关屈曲为主;跨高比L/hw在3.2~6范围内,翼缘局部应力应力较大,梁畸变屈曲模式中以畸变-弯扭相关屈曲为主。其次,根据参数分析的结果,并借鉴有关梁畸变屈曲承载力的现有研究成果和连续梁弯扭屈曲承载力计算公式,引入畸变稳定系数,建立了不考虑残余应力的连续梁畸变屈曲承载力设计方法;最后,分析了焊接残余应力对畸变屈曲承载力的影响。在进行有限元分析时发现,考虑残余应力所得到的极限荷载明显高于不考虑残余应力的的极限荷载,这与以往认为残余应力对构件的稳定承载力影响有些不同。在不考虑残余应力的承载力设计方法的基础上,建立了考虑残余应力的连续梁畸变屈曲承载力设计方法。

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