楔形H型钢薄腹梁屈曲性能研究

摘要

轻型门式刚架结构因其轻巧、成型灵活、施工快、承载能力高等诸多特点备受青睐，成为目前国内应用最为广泛的钢结构形式之一。门式刚架结构的梁柱经常采用薄腹开展的楔形H型钢构件。这类构件的屈曲作用复杂，同时目前国内外相关研究尚多在弹性、静力荷载作用的范围内，而对其滞回性能则有待进行深入研究。因此对楔形H型钢梁柱在静、动力下的屈曲性能的研究具有较重要的理论意义和工程价值。 本文基于有限元分析软件ANSYS，采用板壳非线性有限元方法来研究轻型门式刚架结构中等、变截面H型钢梁的屈曲作用与其滞回性能。 首先，本文探讨了初始几何缺陷、焊接残余应力、腹板高厚比、翼缘宽厚比等因素对单调荷载作用下等截面H型钢梁屈曲性能的影响，研究结果表明：构件对一致模式的腹板局部缺陷更敏感；腹板高厚比越大，承载力越低，局部鼓曲变形发展越充分；弹性承载力是随着腹板高厚比的增加呈台阶状跳跃性降低，而极限承载力则是连续性降低；整体抗弯刚度和承载力均随翼缘宽厚比的增加而降低。上述研究是变截面构件相关性能研究的基础。 随后，本文重点分析了单调荷载作用下单、双段变截面H型钢梁的屈曲性能，讨论了初始几何缺陷、焊接残余应力、腹板高厚比、翼缘宽厚比、腹板楔率、荷载形式、构件长细比等因素的影响，并与现行《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》进行比较，获得了对工程设计具有参考价值的结论：剪应力对屈曲性能影响很大，避免在剪力大的截面采用大的腹板高厚比；在进行门式刚架梁的设计时，腹板尽量取薄一些，最好使得腹板高厚比在100至175的范围内。而翼缘要尽量取厚些；楔率则最好在小于3.0的范围内尽量取大。 最后，本文对低周循环荷载作用下单段变截面H型钢悬壁梁的屈曲性能进行了详细分析，研究的参数主要有腹板高厚比、翼缘宽厚比和腹板楔率。与规范对比结果表明：当腹板高厚比小于100时，构件承载力和延性的降低不大；翼缘宽厚比是影响承载力和延性的最主要因素，建议低周循环荷载作用下，翼缘宽厚比限值取为12；规范中楔率的限值0.268L/d0及6.0能满足构件在低周循环荷载作用下的耗能要求；悬壁H型钢梁在循环荷载作用下随长细比不同表现出三种循环破坏类型：循环塑性破坏、循环弹塑性弯扭屈曲和循环弹性弯扭屈曲，发生循环弹性弯扭屈曲破坏的梁延性很差，在设计中应避免出现这种破坏。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

第2章有限元基本理论

第3章等截面H型钢薄腹梁的屈曲分析

第4章单段变截面H型钢薄腹梁的屈曲分析

第5章双段变截面H型钢薄腹梁的屈曲分析

第6章楔形H型钢薄腹梁循环荷载下的屈曲分析

第7章楔形H型钢薄腹梁滞回性能试验研究准备

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢