钢箱梁在弯扭联合作用下承载力的相关性研究

论文摘要

在现代建筑工程和桥梁工程中,箱形钢梁由于自身良好的结构特点和受力性能而得到愈加广泛的应用。箱形构件的结构特点包括外形平整美观,截面高度较小节约使用空间;箱形钢梁良好受力性能则主要表现为其具有较大的抗弯抗扭刚度。本文研究对象为跨中上翼缘受偏心集中荷载作用的两端简支箱形梁。考虑到集中力作用在上翼缘时,箱梁截面局部变形较大而影响对于箱梁的弹塑性承载力研究。本文在模型上结合工程中的做法,在简支箱梁的跨中荷载作用处截面内设置横隔板。在理论分析的基础上,本文利用有限元程序ANSYS对箱形钢梁进行模拟分析。在使用有限元程序分析时,对于所研究的简支箱梁模型本文考虑了实际钢材的材料非线性,构件受力后的大变形效应以及实际工程中构件可能存在的初始缺陷等因素的影响。并且,分析之前还考虑了设置不同侧向支撑对箱梁受弯扭作用时极限承载力的影响。对比分析后发现,侧向支撑的设置对于钢箱梁的承载力影响很小,说明钢箱梁具有很好的整体稳定性能。接着本文对于一定跨度和截面范围内的简支箱梁的弹塑性荷载变形特性进行了研究分析,分析中考虑了跨度变化、截面高厚比和宽厚比变化以及截面外廓尺寸变化的影响。总结出了这些因素变化时,箱梁荷载变形特性曲线的变化规律。最后,本文对所计算分析的各种箱梁模型的弯扭相关曲线进行了对比分析,在综合考虑了以上分析结果的基础上提出了一个简支箱梁受跨中集中荷载作用时的弯扭承载力相关控制方程。并指出了该控制方程的建议使用范围,说明该方程具有一定的工程意义,可供工程设计和规范修订参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 箱形截面梁的结构形式与受力特点
• 1.2.1 箱形截面梁的优点
• 1.2.2 箱形截面梁的受力特点
• 1.3 箱形梁的研究历史与现状
• 1.4 箱形截面构件的研究中待解决的问题
• 1.5 本文的研究内容和目的
• 第2章 箱形梁的受弯和受扭理论分析
• 2.1 关于薄壁杆件的界定
• 2.2 箱形梁的弯曲分析
• 2.2.1 箱形梁的弯曲正应力和全塑性弯矩
• 2.2.2 箱形梁的弯曲剪应力
• 2.3 箱形梁的扭转分析
• 2.3.1 杆件的扭转类型
• 2.3.2 箱形梁的自由扭转
• 2.3.3 箱形梁的约束扭转
• 2.3.4 箱形梁的全塑性扭矩
• 2.4 本章小结
• 第3章 有限元模型的建立
• 3.1 ANSYS 工作原理
• 3.2 计算模型的选取
• 3.2.1 支座条件
• 3.2.2 箱形截面的选择
• 3.2.3 跨中截面加强类型的影响
• 3.3 有限元模型的建立
• 3.3.1 壳单元 shell181
• 3.3.2 多点约束单元mpc184
• 3.3.3 材料本构关系以及假定
• 3.3.4 计算终止条件
• 3.4 本章小结
• 第4章 弯扭联合作用下箱梁弹塑性承载力相关公式
• 4.1 侧向支撑对箱梁受力性能的影响
• 4.2 箱梁的荷载变形特性
• 4.2.1 箱梁荷载变形曲线
• 4.2.2 跨度变化的影响
• 4.2.3 宽厚比和高厚比的影响
• 4.2.4 不同截面尺寸的对比
• 4.3 考虑弯扭相关性的箱梁承载力
• 4.3.1 弯扭相关曲线
• 4.3.2 弯扭承载力相关公式
• 4.3.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢