单轴对称工字型截面双跨连续钢梁整体稳定性研究

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。

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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

1.3 稳定理论及其研究方法

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

2.3 算例验证

2.4 单轴对称工字型双跨连续梁特征值计算及结果分析

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

3.2 双跨连续梁稳定理论研究介绍

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

3.4 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

4.3 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

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

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