H型截面轴心受压钢构件限制失稳的基本理论研究

摘要

由于钢材具有轻质高强，力学性能良好等特点，其构件截面尺寸一般较小，从而导致构件较为细长，因此稳定问题是钢结构设计中的突出问题。本文针对钢结构失稳的主要特点，在传统稳定分析的基础上，提出了一种通过构造措施或控制理论来限制结构失稳，进而提高结构稳定承载力的方法，本文则是通过一定的构造措施来限制结构失稳或控制结构失稳。所谓限制结构失稳，是指结构构件在受到某种附加的限制性约束后，其屈曲时的变形不能自由发展，相应的失稳波形也受到很大限制，从而使构件的最终失稳情况与没有限制性约束时相比有很大的不同。它可以在很大程度上改变结构的特性，尤其是经典的分岔曲线。基于上述思想，本文通过在构件关键部位填充适当长度的混凝土后使其截面尺寸、刚度及变形曲线改变的方法，开展了采用限制结构失稳来提高构件失稳承载力的初步研究。 本文的主要工作如下：(1)对两种不同支承条件(两端铰接，一端固定另一端铰接)下的H型截面轴心受压钢构件的限制失稳问题进行了理论分析。首先确定填充混凝土的长度和面积，然后求得填充混凝土截面的刚度与未填充混凝土截面的刚度比值，同时找出影响其刚度比值的主要因素，最后再通过建立相应的力学分析模型和计算方法，分析不同条件下H型截面轴心受压钢构件的限制失稳问题，即分析其限制失稳的屈曲变形特点和稳定承载力。对于两端铰接限制失稳的H型截面轴心受压钢构件，文中采用瑞利—里兹法求其屈曲变形曲线和稳定承载力；对于一端固定另一端铰接限制失稳的H型截面轴心受压钢构件，采用有限单元法求解其屈曲变形曲线和稳定承载力。(2)采用ANSYS有限元分析软件中的特征值屈曲分析，计算了上述两种限制失稳构件的屈曲变形曲线和稳定承载力，并将所得结果与理论分析值进行比较分析，以得出较为准确的理论公式来指导限制失稳构件的承载力计算和设计。 研究结果表明，文中所提方法能够明显地改变构件的变形曲线，有效地提高构件的失稳承载力，并且可通过控制填充混凝土的长度和填充混凝土后构件截面的变化来满足其不同的承载力要求。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

第2章有限元分析的理论基础

第3章H型轴心受压钢构件限制失稳理论分析

第4章ANSYS有限元程序分析构件屈曲荷载

第5章结束语

参考文献

致谢