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两端固支状态下蜂窝梁整体稳定性研究

发布时间:2018-08-16 09:44
【摘要】:蜂窝梁是具有强度高、重量轻、美观、环保、便于穿设管线、良好的经济效益等优点的一种新型钢构件,对于无侧向支撑的中等或者较长跨度的受弯蜂窝钢梁,基于它的高强度、轻重量的材料特性,决定了这些蜂窝钢梁截面的破坏往往不是丧失强度造成的,而是丧失了稳定承载力而造成的,因此这些受弯蜂窝钢梁通常是由整体稳定性控制,近年来,我国的一些学者对蜂窝梁进行了相应的试验与理论研究,但是它们大多集中于研究简支、悬臂蜂窝梁,而对固支蜂窝梁的研究较少,并且我国还没有制定有关蜂窝构件的设计规范,因此本文将对固支状态下蜂窝梁的整体稳定性进行详细地研究,为加快我国推出蜂窝构件的设计规范提供参考价值。本文利用经典理论推导出了两端固支蜂窝梁在不同荷载作用下的弯扭临界荷载计算公式,该计算公式推导的过程涉及到了以下几步:第一步利用能量法导出固支实腹梁在不同荷载作用下的总势能方程,第二步采用瑞利-里兹法求解总势能方程得到固支实腹梁在不同荷载作用下的弯扭临界荷载计算公式,第三步利用体积和惯性矩刚度等效的原则最终求解出固支蜂窝梁的弯扭临界荷载计算公式。本文利用大型有限元软件ABAQUS对固支蜂窝梁进行了特征值屈曲分析与非线性分析,有限元软件模拟分别计算出了圆孔、六边形孔固支蜂窝梁在横向跨中集中荷载、横向均布荷载作用下的临界荷载值。其中特征值屈曲分析与理论公式分析作了对比,以此来验证理论推导的计算公式是否正确。其中考虑几何、材料非线性的非线性分析则用于进行弹塑性的修正分析。本文也利用了有限元软件分析了不同的自变量因素对固支蜂窝梁整体稳定性的影响。本文在美国钢结构设计规范AISC360-10提出双轴对称实腹梁整体稳定性计算公式的基础上,结合本文大量的有限元模拟计算所得到的数据,提出了一个整体稳定修正系数K,并利用数据拟合软件1stopt对有限元计算结果进行拟合,得到了K的计算公式,从而最终得出了不同孔洞下的固支蜂窝梁整体稳定性计算公式,将新公式的计算值与有限元软件ABAQUS的计算值作比较,验证了新公式的安全适用性。本文的主要创新点有:①利用有限元软件ABAQUS模拟计算得到的数据结果,验证了本文推导出来的两端相等弯矩、横向跨中集中荷载、横向均布荷载作用下固支蜂窝梁整体稳定性计算公式的正确性。②利用软件ABAQUS对蜂窝梁了进行有限元模拟,详细分析了荷载作用、开孔形状、距高比和孔高比、跨高比这些自变量因素对固支蜂窝梁的整体稳定性的影响,进行工程设计时,对这些自变量因素影响固支蜂窝梁的整体稳定性提供了合理的建议。③对AISC 360-10规范提出的两端存在负弯矩双轴对称的实腹梁整体稳定性计算公式Mx≤φbMcr基础上引入了一个整体修正系数K,利用数据拟合软件拟合得到了 K的计算公式,从而最终得到了一个简单实用计算固支蜂窝梁整体稳定性的公式KMx≤φbMcr。
[Abstract]:The honeycomb beam is a new type of steel member which has the advantages of high strength, light weight, beautiful appearance, environmental protection, easy to install pipelines, good economic benefits and so on. In recent years, some scholars in our country have carried on the corresponding experiment and the theoretical research to the honeycomb beam, but they mostly concentrate on the research of simple-supported, cantilever honeycomb beam, and the research of fixed-supported honeycomb beam. Less, and there is no design code for honeycomb members in China, so this paper will study the overall stability of fixed-supported honeycomb beams in detail, in order to speed up the introduction of the design code for honeycomb members in China to provide reference value. The derivation of the formula involves the following steps: the first step is to derive the total potential energy equation of the fixed-web beam under different loads by the energy method; the second step is to obtain the bending-torsion critical load meter of the fixed-web beam under different loads by solving the total potential energy equation by the Rayleigh-Ritz method In the third step, the formula for calculating the bending-torsional critical load of fixed-supported honeycomb beams is obtained by using the principle of equivalent stiffness of volume and moment of inertia. In this paper, the eigenvalue buckling analysis and nonlinear analysis of fixed-supported honeycomb beams are carried out by using the large-scale finite element software ABAQUS. The critical loads of honeycomb beams under concentrated loads and uniformly distributed loads in the transverse span are calculated. The eigenvalue buckling analysis and the theoretical formula analysis are compared to verify the correctness of the theoretical formulas. The influence of different independent variables on the overall stability of fixed-supported castellated beams is also analyzed by using the finite element software. Based on the formula for calculating the overall stability of double-axisymmetrical solid web beams proposed by the American code AISC360-10 for steel structure design, and combined with the large amount of data obtained from the finite element simulation calculation in this paper, a whole is proposed. The stability correction coefficient K is fitted by the data fitting software 1stop to the finite element calculation results, and the calculation formula of K is obtained. Finally, the calculation formula of the overall stability of fixed-supported castellated beams with different holes is obtained. The calculation value of the new formula is compared with that of the finite element software ABAQUS, and the safety and suitability of the new formula is verified. The main innovations of this paper are as follows: (1) The results of finite element software ABAQUS are used to verify the correctness of the formulas for calculating the overall stability of fixed-supported honeycomb beams under the action of equal bending moment at both ends, concentrated transverse load at midspan and uniformly distributed transverse load. Finite element simulation is used to analyze the influence of load, hole shape, ratio of distance to height, ratio of span to height, ratio of span to height on the overall stability of fixed-supported honeycomb beams. A global correction coefficient K is introduced on the basis of the formula Mx
【学位授予单位】:西南石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU391

【参考文献】

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本文编号:2185613

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