腹板大尺度圆形开孔梁的受力性能分析

论文摘要

在现代建筑工程中，高层建筑钢结构发展迅速，降低高层建筑层高在其结构设计和综合经济效益两方面都具有重要意义，而让大量的管线、设备穿过钢梁腹板可以有效地降低层高，于是，腹板大尺度开孔梁的研究与应用越来越受到重视。目前，我国对腹板开孔梁的研究较少，在《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98）中，仅在构造上做了一些规定，但未给出明确的设计计算方法，这将严重制约大尺度开孔钢梁的发展与应用。本文针对腹板大尺度圆形开孔梁，通过有限元软件ANSYS进行合理的模拟计算，分析了开孔梁在静力荷载作用下的承载力、应力分布、挠度等问题，并结合传统实腹钢梁计算理论和费氏空腹桁架理论，对比这三种方法所得计算结果。通过分析发现，受开孔的影响，腹板大尺度圆形开孔钢梁的承载力较实腹钢梁有所降低；开孔梁内的应力分布、挠度变化不再完全符合传统弯曲理论，根据其变化规律，从能量的角度提出能量流动路径的选择原则，认为能量的流动引起了梁中内力与变形的重分布；发现按费氏空腹桁架理论计算的孔口最大应力值偏于安全但误差较大；分析了不同跨高比和不同开孔位置对开孔梁屈服承载力的影响，并对工程中的大尺度开孔位置给出了建议；分析三个主要的因素对开孔梁挠度的影响，并根据其影响规律提出采用以相应的挠度增大系数乘以当量实腹梁的理论弯曲挠度确定腹板大尺度圆形开孔梁挠度，并归纳出三种主要因素影响下满足工程精度要求的挠度增大系数表。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 腹板开孔梁的种类介绍及补强方法
• 1.3 国内外开孔钢梁的应用研究概况
• 1.4 开孔梁的研究方法与现有成果
• 1.5 本文研究背景及主要研究内容
• 第2章 腹板开孔梁强度与挠度计算方法
• 2.1 腹板开孔钢梁的强度计算方法
• 2.1.1 一般实腹钢梁强度计算方法
• 2.1.2 费氏空腹桁架理论的强度计算方法
• 2.1.3 腹板开孔梁的正应力计算
• 2.1.4 腹板开孔梁的剪应力计算
• 2.1.5 费氏空腹桁架理论强度计算的限制
• 2.2 腹板开孔钢梁的挠度计算方法
• 2.2.1 实用估算法
• 2.2.2 费氏空腹桁架法
• 2.3 腹板开孔梁基于有限元的计算方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 腹板大尺度圆形开孔梁的强度分析
• 3.1 本文计算模型的选取
• 3.2 非线性有限元模型的建立
• 3.2.1 单元类型的选择
• 3.2.2 材料选项
• 3.2.3 本文建模坐标系说明
• 3.2.4 H 型钢梁的尺寸
• 3.2.5 网格划分
• 3.2.6 边界条件
• 3.2.7 求解器的选择
• 3.3 跨中横向集中力作用下的受力分析
• 3.3.1 荷载—跨中位移曲线
• 3.3.2 径高比的影响
• 3.3.3 跨中实腹截面正应力分布
• 3.3.4 孔口附近实腹截面正应力分布
• 3.3.5 孔口空腹截面正应力分布与孔周最大正应力
• 3.3.6 孔口空腹截面和跨中实腹截面的剪应力分布
• 3.3.7 孔周截面最大剪应力
• 3.3.8 跨高比对大尺度开孔屈服梁承载力的影响
• 3.3.9 开孔位置对大尺度开孔梁屈服承载力的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 腹板大尺度圆形开孔梁的挠度分析
• 4.1 开孔梁挠度的影响因素
• 4.1.1 径高比的影响
• 4.1.2 跨高比的影响
• 4.1.3 不同荷载类型的影响
• 4.2 大尺度圆形开孔梁的挠度简算公式
• 4.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢