双层门式刚架屈曲的理论分析与计算机模拟

发布时间：2017-08-09 22:19

  本文关键词：双层门式刚架屈曲的理论分析与计算机模拟

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【摘要】：随着建筑行业的快速发展,门式刚架作为一种轻型钢结构,被广泛地应用于工业厂房、机库、桥梁、体育馆、展览厅等，而且能够成熟地应用于航空、国防及民用工业等多个领域。其屈曲问题是力学领域和工程界活跃的研究课题之一,受到了广大研究者的关注。基于此,本文对门式刚架的静、动力屈曲问题进行了理论分析和计算机模拟。 1.简要概述了刚架静、动力屈曲问题的研究现状,对现有的研究成果进行了简要的概述和分析,总结了刚架静、动力屈曲问题研究的主要方法及结论。 2.基于Hamilton原理导出的双层门式刚架屈曲的控制方程,理论研究了无侧移和有侧移双层门式刚架在不同约束条件下的静力屈曲问题,结合问题的边界条件求解屈曲控制方程,给出了双层门式刚架静力临界屈曲条件的解析表达式以及屈曲时梁、柱的模态方程。用MATLAB编程计算双层门式刚架的临界屈曲条件,得到了屈曲参数,进而可得到柱的计算长度系数μ和临界屈曲荷载。 当无侧移双层门式刚架的梁柱线刚度之比A在0.1-30范围内时,理论值与模拟值的误差范围为1%以内,计算长度系数μ随着A的增大而减小。当A大于30时理论值与模拟值误差超过2%,计算长度系数μ理论值随着A的增大而减小且趋近于0.5000,而计算长度系数μ模拟值随着A的增大而增大,即在A处于30～40之间时,刚架的计算长度系数出现极值点。 当有侧移双层门式刚架的梁柱线刚度之比A在0.1-8范围内时,理论值与模拟值的误差范围为1%以内,计算长度系数μ随着A的增大而减小。当A大于10时理论值与模拟值误差超过2%,计算长度系数μ理论值随着A的增大而减小且趋近于1.0,而计算长度系数μ模拟值随着A的增大而增大,即在A处于10～15之间时,刚架的计算长度系数出现极值点。 3.考虑应力波效应,理论研究了无侧移双层门式刚架在柱脚固接约束条件下的动力屈曲问题。结合问题的边界条件求解了基于Hamilton原理导出的双层门式刚架动力屈曲的控制方程,给出了双层门式刚架动力临界屈曲条件的解析表达式以及屈曲时梁、柱的模态方程。用MATLAB编程计算双层门式刚架的动力临界屈曲条件,得到了动力屈曲参数,进而可得到柱的计算长度系数μ和屈曲参数k1。 4.运用有限元分析软件ANSYS对双层门式刚架的静、动力屈曲进行计算机模拟,约束条件为柱脚铰接、固接；工况为刚架柱顶作用集中荷载、均布荷载、三角形荷载、梯形荷载等；得出以下结论： (1)在均布荷载作用下,无侧移双层门式刚架上下柱同时达到屈曲临界荷载。荷载值不同的均布荷载作用到结构上模拟得到的结构临界屈曲荷载值却是相同的。由此可知,不同均布荷载作用下,结构的屈曲特征值是呈线性比例变化的。 (2)在梯形荷载作用下无侧移双层门式刚架的结构屈曲临界荷载值并不等于由其分解而得的三角形荷载和均布荷载作用下的结构临界屈曲荷载值之和。从而得到不规则荷载分解成规则荷载后,相对应的不同临界屈曲荷载值并不符合叠加原理。
【关键词】：双层门式刚架 静力屈曲 动力屈曲 屈曲参数 计算长度系数
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：O344.1
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-9
• 目录9-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 门式刚架屈曲研究的发展12-15
• 1.1.1 门式刚架介绍12
• 1.1.2 门式刚架的特点和适用范围12-13
• 1.1.3 结构形式及有关要求13-15
• 1.2 钢结构稳定问题概述15-16
• 1.2.1 屈曲的概述15
• 1.2.2 弹性稳定的类别15-16
• 1.3 门式刚架的屈曲研究现状16-20
• 1.3.1 门式刚架的静力屈曲研究16-20
• 1.3.2 门式刚架的动力屈曲研究20
• 1.3.3 门式刚架的屈曲实验研究20
• 1.4 屈曲准则20-23
• 1.4.1 静力屈曲准则21
• 1.4.2 动力屈曲准则21-23
• 1.5. 数值模拟软件ANSYS简介23-25
• 1.5.1 ANSYS的发展23-24
• 1.5.2 ANSYS有限元的常用术语24-25
• 1.6 本文所做的工作25-26
• 第二章 无侧移双层门式刚架的静力屈曲26-39
• 2.1 引言26
• 2.2 无侧移柱脚铰接的双层门式刚架的屈曲26-31
• 2.2.1 刚架柱屈曲控制方程的求解28-29
• 2.2.2 刚架梁屈曲控制方程的求解29-30
• 2.2.3 无侧移刚架的临界屈曲载荷30-31
• 2.3 无侧移柱脚固接的双层门式刚架的屈曲31-39
• 2.3.1 双层门式刚架柱屈曲控制方程的求解32-34
• 2.3.2 无侧移双层门式刚架梁屈曲控制方程的求解34-35
• 2.3.3 双层门式刚架的临界屈曲载荷35-39
• 第三章 有侧移双层门式刚架的静力屈曲39-49
• 3.1 引言39
• 3.2 柱脚固接刚架的屈曲理论推导39-49
• 3.2.1 双层门式刚架柱屈曲控制方程的求解40-42
• 3.2.2 双层门式刚架梁屈曲控制方程的求解42-43
• 3.2.3 有侧移双层门式刚架的临界屈曲载荷43-49
• 第四章 无侧移双层门式刚架的动力屈曲49-59
• 4.1 引言49
• 4.2 双层门式刚架动力屈曲的理论分析49-59
• 4.2.1 无侧移双层门式刚架的动力屈曲控制方程的求解49-51
• 4.2.2 无侧移双层门式刚架柱的动力屈曲模态方程的求解51-52
• 4.2.3 无侧移双层门式刚架梁的动力屈曲模态方程的求解52-53
• 4.2.4 无侧移双层门式刚架的动力屈曲临界荷载的求解53-59
• 第五章 双层门式刚架静动力屈曲的计算机模拟59-76
• 5.1 引言59-60
• 5.2 无侧移双层门式刚架静力屈曲计算机模拟60-61
• 5.3 无侧移双层门式刚架在多种工况下的屈曲计算机模拟61-70
• 5.3.1 模型的建立61
• 5.3.2 荷载的施加61-62
• 5.3.3 无侧移双层门式刚架静力线性屈曲模拟计算过程62-67
• 5.3.4 结论67-68
• 5.3.5 无侧移双层门式刚架静力非线性屈曲模拟计算过程68-70
• 5.4 有侧移双层门式刚架在多种工况下的屈曲计算机模拟70-73
• 5.4.1 模型的建立70
• 5.4.2 荷载的施加70-71
• 5.4.3 有侧移双层门式刚架静力线性屈曲模拟计算过程71-73
• 5.5 双层门式刚架动力屈曲的计算机模拟73-76
• 5.5.1 模型的建立74
• 5.5.2 荷载的施加74-76
• 第六章 总结与展望76-78
• 参考文献78-84
• 致谢84-85
• 攻读学位期间发表的学术论文85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王文浒,张文元,张耀春;不同高跨比门式刚架平面内稳定性研究[J];低温建筑技术;2005年01期

2 吴怿哲;蔡伟明;翁来峰;;考虑柱间相互作用的无侧移柱计算长度系数求解[J];工程建设与设计;2011年05期

3 王策,刘西拉;空间刚架动态失稳全过程分析[J];工程力学;2001年06期

4 李少泉;有侧移刚架弹性屈曲的简化分析[J];钢结构;1999年02期

5 李少泉;无侧移刚架弹性屈曲的简化分析[J];钢结构;1999年04期

6 李天,赵东杰,李月华,董建华;门式刚架轻钢结构支撑体系的建模及受力分析[J];钢结构;2005年04期

7 王文浒,张文元,张耀春;均布荷载作用下门式刚架的平面内稳定性能[J];黑龙江科技学院学报;2005年01期

8 方德平;林赞生;陈挧;;平面刚架稳定问题的一种非线性分析方法[J];华侨大学学报(自然科学版);1992年03期

9 徐丹萍;张其林;刘沈如;;带摇摆柱门式刚架楔形变截面柱计算长度分析[J];结构工程师;2010年03期

10 王策,沈世钊;球面网壳阶跃荷载作用动力稳定性[J];建筑结构学报;2001年01期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 韩志军;直杆的撞击屈曲及其应力波效应的实验和理论研究[D];太原理工大学;2005年

2 彭兴黔;基于气动措施的低矮房屋抗风设计[D];同济大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 胡进秀;框架—弯曲型支撑体系中框架柱的弯矩放大系数及整体弹性稳定[D];浙江大学;2006年

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本文编号：647596