单轴对称工字型截面双跨连续钢梁整体稳定性研究

论文摘要

稳定性是钢结构和钢构件承载力性能重要指标之一,对钢结构构件稳定性能进行研究,具有理论意义与工程应用价值。迄今为止,单跨钢梁在各种工况下的整体稳定性能的研究较为完备,已有较为精确的整体稳定承载力计算公式。由于中间支座存在负弯矩,连续钢梁的整体失稳形式较为复杂,目前还没有完善的理论方法来解决连续钢梁的整体失稳问题。尽管国外学者对连续梁进行了试验研究,但试验仅以双轴对称截面钢梁为对象,而国内学者提出的连续钢梁整体稳定承载力计算方法,也主要针对双轴对称截面钢梁。相对而言,单轴对称截面钢梁整体稳定性研究成果较为少见,且已有成果中,亦未考虑荷载作用点高度等工况和未进行理论推导。本文首先借助有限元分析软件ANSYS,建立单轴对称工字型截面双跨连续钢梁数值分析模型,对其理想情况下的整体稳定性能进行特征值屈曲分析。计算了不同荷载形式(集中荷载、均布荷载)、荷载作用点(荷载分别作用于上翼缘、下翼缘)、截面尺寸(不同加强翼缘以及三种上翼缘宽度、三种腹板高度)、跨度比(三种相邻跨度比)等工况下,单轴对称工字型截面双跨连续钢梁的临界荷载,且得到相应第一阶屈曲模态。分析了不同工况对钢梁整体稳定性的影响规律。同时,对不同加载比例下,连续钢梁的整体稳定性能进行研究,得到了两跨上无量纲临界荷载之间的相关关系。本文在进行数值分析同时,亦在前人理论研究的基础上,推导了单跨简支钢梁临界弯矩求解公式,然后运用能量变分原理,分别推导了跨中集中荷载作用和跨上均布荷载作用下,单轴对称工字型截面双等跨连续钢梁临界荷载求解公式,该公式可以考虑不同荷载作用点高度。相同工况下,该公式计算结果与数值分析结果较为接近。最后,鉴于实际工程中,钢梁的失稳形式属于极值点失稳,本文亦对存在初始几何缺陷的双跨连续钢梁的整体稳定性,进行了有限元非线性分析。探讨了集中荷载作用下,不同截面形式、主跨跨度以及跨度比对双跨连续钢梁极限承载力的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题研究背景及意义
• 1.2 钢梁整体稳定性研究发展状况
• 1.2.1 钢梁整体稳定性研究发展状况
• 1.2.2 连续钢梁整体稳定性研究现状
• 1.3 稳定理论及其研究方法
• 1.3.1 稳定的概述
• 1.3.2 梁的稳定
• 1.3.3 稳定问题的研究方法
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 单轴对称双跨连续钢梁整体稳定弹性屈曲分析
• 2.1 有限元特征值屈曲分析
• 2.2 单轴对称双跨连续钢梁特征值分析有限元模型建立
• 2.2.1 单轴对称工字型截面双跨连续钢梁构造工况及试件编号
• 2.2.2 边界条件处理
• 2.2.3 有限元分析模型单元选择
• 2.2.4 单元网格划分
• 2.2.5 有限元分析模型本构关系选择
• 2.3 算例验证
• 2.3.1 单轴对称简支梁整体稳定性理论求解
• 2.3.2 单轴对称工字型截面简支梁有限元法求解验证
• 2.4 单轴对称工字型双跨连续梁特征值计算及结果分析
• 2.4.1 屈曲模态分析
• 2.4.2 临界荷载计算
• 2.4.3 荷载相关性研究
• 第三章 单轴对称简支梁与双等跨连续钢梁稳定性理论研究
• 3.1 简支梁稳定理论分析
• 3.1.1 基本假定、总势能及平衡方程
• 3.1.2 近似法求解简支梁临界弯矩
• 3.2 双跨连续梁稳定理论研究介绍
• 3.2.1 双等跨连续吊车梁屈曲荷载求解公式
• 3.2.2 均布荷载作用下双轴对称双等跨连续梁临界荷载求解公式
• 3.3 单轴对称工字型双等跨连续钢梁整体稳定临界荷载求解
• 3.3.1 近似法求解集中荷载作用下双等跨连续梁临界荷载
• 3.3.2 近似法求解均布荷载作用下双等跨连续梁临界荷载
• 3.4 计算公式的验证
• 第四章 单轴对称双跨连续钢梁整体稳定非线性分析
• 4.1 有限元非线性屈曲分析概述
• 4.2 单轴对称双跨连续钢梁整体稳定性试验研究的有限元模拟
• 4.2.1 试验背景及有限元模型几何工况说明
• 4.2.2 试验有限元模拟结果
• 4.3 单轴对称双跨连续钢梁有限元非线性分析模型
• 4.4 单轴对称工字型双跨连续钢梁非线性屈曲计算及结果分析
• 4.4.1 非线性分析结果
• 4.4.2 有限元非线性分析结果研究
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文内容总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附表
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文目录