上翼缘为矩形钢管的工字形梁静力性能的实验研究

论文摘要

近年来钢结构建筑在我国出现了非常快的发展势头,应用范围不断扩大,钢结构建筑在我国有着巨大的发展空间。而轻钢结构又有着施工速度快,造型美观,用钢量少,造价低等诸多优点,因此轻钢结构的应用越来越广泛。冷弯薄壁型钢是轻钢结构的主要构件形式。本文研究的LHFB是一种新型冷弯薄壁型钢构件,是一种以冷弯矩形钢管作为上翼缘、以带型钢板作为腹板和下翼缘的新型焊接薄壁工字型梁。该梁首先由我校研究生提出,并利用有限元软件ANSYS分析了LHFB在三种不同荷载作用下的承载力以及屈曲模式,发现LHFB在荷载作用下易于发生侧向畸变屈曲,导致承载力下降。本文在前人理论分析的基础上,采用跨中集中力的加载方式对5根单跨简支LHFB进行了静力实验研究,并对实验过程和实验结果进行了分析。本文主要工作如下:(1)对5根跨中受集中荷载作用的LHFB构件进行了静力实验研究。分析了梁的破坏现象和梁翼缘厚度、梁高、跨度及腹板是否设置横向加劲肋等对梁极限承载力的影响。(2)对LHFB截面中残余应力的分布以及构件初始几何缺陷进行了测量。(3)利用有限元软件ANSYS建立LHFB有限元模型,对实验梁进行模拟。将有限元分析结果和实验的破坏现象及荷载—位移曲线进行对比,验证利用ANSYS程序分析LHFB静力性能的可行性。(4)本文对腹板开有矩形孔的LHFB做了初步分析,研究了采用这种开孔形式的空翼缘梁在纯弯状态下的受力性能。分析了腹板高厚比、孔洞率以及单块腹板宽度对LHFB屈曲承载力的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 梁的屈曲模式
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 上翼缘为矩形钢管的工字型梁的实验研究
• 2.1 概述
• 2.2 实验目的及思路
• 2.2.1 实验目的
• 2.2.2 实验的设计思路
• 2.3 试件设计和加工
• 2.4 材性实验
• 2.4.1 拉伸实验
• 2.4.2 短柱压缩实验
• 2.5 初始缺陷
• 2.6 实验方法
• 2.6.1 边界条件
• 2.6.2 加载装置和加载方式
• 2.6.3 测点布置
• 2.7 残余应力测量
• 2.8 实验结果及分析
• 2.8.1 实验现象及分析
• 2.8.2 实验结果及分析
• 2.8.3 实验结果对比
• 2.9 本章小结
• 第3章 LHFB的有限元分析及与实验结果对比
• 3.1 引言
• 3.2 计算程序简介
• 3.2.1 ANSYS程序概述
• 3.2.2 有限元方法简介
• 3.2.3 屈曲分析简介
• 3.3 有限元模型的建立
• 3.3.1 单元的选取
• 3.3.2 单元网格划分
• 3.3.3 边界条件
• 3.3.4 几何初始缺陷和材料的本构关系
• 3.3.5 实验梁的建模
• 3.3.6 残余应力模型的建立和输入
• 3.4 实验与有限元分析结果对比
• 3.4.1 破坏模式和极限荷载
• 3.4.2 荷载—位移、荷载—转角曲线的比较
• 3.5 本章小结
• 第4章 腹板开矩形孔的LHFB的静力性能分析
• 4.1 引言
• 4.2 开矩形通孔的LHFB建模
• 4.3 开矩形通孔的LHFB参数分析
• 4.3.1 下翼缘厚度对开矩形通孔的LHFB稳定性的影响
• 4.3.2 孔洞率变化对LHFB极限承载力的影响
• 4.3.3 单块腹板宽度对LHFB极限承载力的影响
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢