焊接实腹式工字钢梁腹板斜向加劲肋的设计及性能研究

发布时间：2017-09-18 05:00

  本文关键词：焊接实腹式工字钢梁腹板斜向加劲肋的设计及性能研究

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【摘要】：随着大空间体系和轻型钢结构在我国建筑业中的蓬勃发展,由于跨度增大以及板件厚度降低而造成的整体或局部失稳问题日益突出。在实际工程中,对于采用较大腹板高厚比的焊接组合工字钢梁,往往需要通过设置加劲肋来保证腹板的局部稳定性。相比常见的横向或纵向加劲肋,在工字钢梁中布置斜向加劲肋是一种较为新颖的设计理念。当前有限的研究成果均一致认为,斜向加劲肋不仅能够在提升腹板局部稳定性方面体现出比其他形式更大的性能优势,并且能够有效延缓腹板屈曲后变形的发展,增大屈曲后的强度利用空间。但目前有关斜向加劲肋的性能研究尚处在以概念设计为主的初步试验阶段,鲜有文献提出斜向加劲肋的适用条件、布置形式、设计步骤和验算方法,难以应对复杂的实际工程情况。因此,全面分析了影响腹板局部稳定和斜向加劲肋性能的各项几何参数重要度,研究参数间的量化关系,结合钢结构构造工艺要求,提出并完善可应用于实际工程的钢梁斜向加劲肋设计方案。在介绍基本的钢结构稳定概念及其计算方法的基础上,总结了薄板稳定理论中涉及的要点,结合加劲板的屈曲分析和腹板局部稳定的理论阐述,进行钢梁斜向加劲肋性能及其加劲效果的研究。利用ABAQUS有限元分析软件,对多组设置不同情况加劲肋的工字钢梁模型进行弹性状态下的特征值屈曲分析,研究各类几何参数对腹板局部临界屈曲荷载以及屈曲模态的影响。用于以上分析的主要参数包括斜向加劲肋的倾角、间距、增设位置、截面宽度,以及工字钢梁的跨度、腹板高厚比、翼缘宽厚比。在重要度分析中,比较各类因素对斜向加劲肋性能发挥的影响程度,以及腹板局部稳定性对这些因素变化的敏感程度。基于以上研究,结合现行规范中加劲肋的构造要求和计算公式,提出在工字钢梁中设置斜向加劲肋的合理方法、设计建议和验算方法,同时得出有利于工程应用的简化计算模型和设计流程。研究成果可以概括为以下几点结论：(1)几何参数重要度分析证明,腹板高厚比、斜向加劲肋增设位置、加劲肋间距、斜向加劲肋倾角为直接因素,钢梁跨度、斜向加劲肋截面宽度、翼缘宽厚比为间接因素。(2)斜向加劲肋在工程中的实用价值主要体现在钢梁的加固措施和构件的经济效益这两个方面：只要斜向加劲肋增设的位置合理,其在加固工程中体现的优势对于腹板高度较大的钢梁更为显著；当工字钢梁的设计中采用斜向加劲肋后,腹板的厚度可以进一步减小,大幅度降低制造成本。(3)当组合工字钢梁腹板高度较大且高厚比在130至140之间时,斜向加劲肋能够达到相对较好的加强效果。(4)由于斜向加劲肋的增设位置不同而导致的腹板局部稳定性差异可达40%,无论是斜向加劲肋的设计还是对既有工字钢梁的加固,均应将其优先布置于工字钢梁支座附近主要承受剪切应力的区格。(5)推荐采用横向与斜向加劲肋间隔布置或者在横向加劲肋区格中增设斜向加劲肋的方式,并且建议选择偶数区格；拟单独使用斜向加劲肋时,应在支座和梁跨中部分别对称设置支承加劲肋和中间横向加劲肋。(6)当采用横向与斜向加劲肋间隔布置的形式时,建议将横向加劲肋区格宽高比控制在1以上；当单独设置斜向加劲肋时,斜向加劲肋区格宽高比应在0.75以上。(7)尽量选择较小的斜向加劲肋倾角,以接近45°为宜,但不应小于arctanhw。(8)斜向加劲肋的构造设计步骤依次为适用性判断、斜向加劲肋增设位置的选择、加劲肋间距的确定、斜向加劲肋倾角的调整、斜向加劲肋截面尺寸的确定。(9)建议斜向加劲肋的相关焊接构造要求与《钢结构设计规范》GB50017-2003对横向加劲肋的要求相统一,且斜向加劲肋不应与横向加劲肋焊接于同一处。(10)提出将设置斜向加劲肋的钢梁转化为桁架体系的思想,斜向加劲肋被视为桁架中的斜腹杆,可估算出斜向加劲肋所受的轴向压力。
【关键词】：实腹式焊接组合工字钢梁 斜向加劲肋 腹板局部稳定 特征值屈曲分析
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU392.1
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 引言10-11
• 1.1.1 组合工字钢梁简介10-11
• 1.1.2 加劲肋的含义及作用11
• 1.2 课题背景及来源11-17
• 1.2.1 工字钢梁腹板的主应力方向及屈曲形式11-13
• 1.2.2 斜向加劲肋的特点及工程应用情况13-15
• 1.2.3 工字钢梁腹板设置斜向加劲肋15-16
• 1.2.4 钢梁腹板屈曲后强度的利用16-17
• 1.3 加劲板的稳定性研究17-18
• 1.4 钢梁加劲肋的国内外研究概况18-22
• 1.4.1 国内研究概况18-21
• 1.4.2 国外研究概况21-22
• 1.5 本文研究目的、意义、内容及技术路线22-25
• 1.5.1 研究目的和意义22-23
• 1.5.2 研究内容23-24
• 1.5.3 技术路线24-25
• 第2章 钢结构稳定问题及其计算方法25-34
• 2.1 概述25-27
• 2.2 钢结构稳定问题27-29
• 2.2.1 钢结构稳定问题的特点27-28
• 2.2.2 钢结构稳定问题的分类28-29
• 2.3 稳定问题的计算方法29-33
• 2.3.1 平衡法30
• 2.3.2 能量法30-31
• 2.3.3 数值法31-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 薄板的稳定问题研究34-47
• 3.1 概述34
• 3.2 小挠度理论34-38
• 3.2.1 平衡法34-36
• 3.2.2 能量法36-38
• 3.3 大挠度理论38-41
• 3.3.1 单向均匀受压简支矩形板的屈曲后强度39-40
• 3.3.2 板的弹塑性屈曲40-41
• 3.4 加劲板的屈曲研究41-42
• 3.5 钢梁腹板的局部稳定研究42-45
• 3.5.1 纯弯曲应力作用下的屈曲42-44
• 3.5.2 纯剪切应力作用下的屈曲44-45
• 3.5.3 设置横向加劲肋腹板局部稳定性验算45
• 3.6 本章小结45-47
• 第4章 斜向加劲肋几何参数有限元分析47-82
• 4.1 概述47
• 4.2 有限元模型的建立47-51
• 4.2.1 几何模型47-48
• 4.2.2 模型参数48-49
• 4.2.3 有限元单元和模型材料49
• 4.2.4 网格划分49
• 4.2.5 边界条件49-50
• 4.2.6 模型加载50
• 4.2.7 特征值屈曲分析50-51
• 4.3 斜向加劲肋几何参数有限元分析51-81
• 4.3.1 斜向加劲肋倾角对腹板屈曲的影响51-57
• 4.3.2 加劲肋间距对腹板屈曲的影响57-75
• 4.3.3 斜向加劲肋增设位置对腹板屈曲的影响75-78
• 4.3.4 斜向加劲肋截面宽度对腹板屈曲的影响78-81
• 4.4 本章小结81-82
• 第5章 工字钢梁几何参数有限元分析82-96
• 5.1 概述82
• 5.2 工字钢梁几何参数有限元分析82-95
• 5.2.1 钢梁跨度变化对斜向加劲肋性能的影响82-85
• 5.2.2 腹板高厚比变化对斜向加劲肋性能的影响85-90
• 5.2.3 翼缘宽厚比变化对斜向加劲肋性能的影响90-95
• 5.3 本章小结95-96
• 第6章 工字钢梁腹板设置斜向加劲肋的设计方法96-104
• 6.1 概述96
• 6.2 影响斜向加劲肋性能的几何参数重要度分析96-99
• 6.2.1 工字钢梁腹板高厚比96-97
• 6.2.2 斜向加劲肋的增设位置97
• 6.2.3 加劲肋间距97-98
• 6.2.4 斜向加劲肋倾角98-99
• 6.2.5 钢梁跨度99
• 6.3 斜向加劲肋的设计99-103
• 6.3.1 构造设计100-102
• 6.3.2 稳定及焊缝验算102-103
• 6.4 本章小结103-104
• 第7章 结论与展望104-107
• 7.1 结论104-106
• 7.2 展望106-107
• 致谢107-108
• 参考文献108-114
• 攻读硕士学位期间发表的论文、科研成果及获奖情况114

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 叶华文;张澜;秦健淇;赵琦;陈醉;Pearson.C.;Delatte,N.;;魁北克大桥垮塌全过程分析[J];中外公路;2015年05期

2 武晓东;宋波;;抗弯刚度比对加劲板屈曲性能的影响[J];北京科技大学学报;2012年11期

3 黄炳生;蒋萌;黄顾忠;;设置斜向加劲肋钢梁试验研究[J];应用基础与工程科学学报;2011年06期

4 王宇;刘永军;李豪邦;;门式刚架转角节点构造设计研究[J];四川建筑科学研究;2010年05期

5 方恬;;门式刚架构件横向加劲肋的设置与计算[J];建筑结构;2010年08期

6 吴海洋;霍莉莉;;交叉加劲肋对工字型钢梁稳定承载力的影响[J];钢结构;2010年07期

7 李华;赵永刚;吴高都;魏丽婷;;用加劲肋加强的四边简支矩形板屈曲[J];科学技术与工程;2010年18期

8 王庆义;李泽;;工字梁腹板和钢板剪力墙剪切屈曲系数分析[J];建筑钢结构进展;2010年03期

9 王宇;刘永军;李豪邦;;门式刚架转角节点加劲肋设置试验研究及有限元分析[J];建筑结构;2010年04期

10 戈昕;董晶;董凤举;;薄板屈曲后强度理解及设计应用[J];工程建设与设计;2010年01期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 刘成;曹平周;;组合梁跨中段可不设横向加劲肋的长度取值分析[A];第十二届全国现代结构工程学术研讨会暨第二届全国索结构技术交流会论文集[C];2012年

2 靳猛;宋杰;周学军;;工字型组合梁腹板加劲肋间距的简化计算[A];第五届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2005年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 曹春华;斜加劲钢板剪力墙性能研究[D];西安建筑科技大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 张浩;纯弯荷载作用下抗扭加劲肋对梁腹板局部稳定性的影响[D];西安建筑科技大学;2013年

2 侯睿;双轴对称焊接工字型组合钢梁考虑腹板屈曲后强度的整体稳定性能研究[D];新疆大学;2012年

3 吴海洋;加劲肋对工字形钢梁稳定承载力的影响[D];西安建筑科技大学;2009年

4 康孝先;薄板的曲后性能和梁腹板拉力场理论研究[D];西南交通大学;2005年

5 刘高波;节点域斜加劲肋设计计算方法[D];西安建筑科技大学;2005年

6 许海艳;同时设纵横向加劲肋的梁腹板在复合应力作用下的屈曲分析[D];西安建筑科技大学;2004年

7 宛海沫;薄腹板工形梁横向加劲肋的性能及设计[D];西安建筑科技大学;2004年

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本文编号：873498