楔形梁腹板在弯、剪及局压联合作用下的弹性屈曲分析

发布时间：2020-06-23 18:53

【摘要】：本文通过有限元模拟和理论分析,对楔形梁腹板在弯、剪、局压联合作用下的弹性屈曲问题进行研究。首先研究纯弯状态下楔形梁腹板的屈曲问题,考虑不等端弯矩比、腹板区格比、楔率、腹板高厚比、翼缘宽厚比等因素对楔形梁腹板的弹性屈曲影响,结果表明当不等端弯矩比值-1≤η≤1范围内变化时,楔形梁腹板产生同向曲率即η≥0时,其弹性屈曲临界荷载随不等端弯矩比η增加而减小;产生异向曲率即η0时,屈曲临界荷载随不等端弯矩比绝对值|η|的减小而减小,减小的幅值较同向曲率时有所减小。总体来看使楔形梁腹板产生异向曲率的情况对楔形梁腹板的弹性屈曲临界荷载的影响要大于同向曲率的情况。其次,结合楔形梁腹板受局压荷载作用时的弹性屈曲分析的结论,对受弯矩和局压联合作用下考虑翼缘约束作用的楔形梁腹板的屈曲问题进行研究,得出与普通工字型钢梁腹板的临界条件表达形式相似并适用于楔形工字钢梁腹板受弯矩和局部荷载联合作最后,结合已有的楔形梁腹板在弯—剪、剪—局压作用工况下的研究成果,运用空间图形分析的方法推导出同时考虑弯、剪及局压三种荷载作用下的楔形梁腹板的弹性屈对比有限元分析结果和理论计算结果,发现当翼缘对腹板的约束作用较小时,该式的误差随腹板区格的宽高比α = L/H的增大而增加:当翼缘对腹板的约束作用较大时,该式的误差随腹板区格的宽高比α= L/H的增大而减小。
【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
【图文】：

腹板,门式刚架结构,楔形构件,高厚比

在门式刚架轻型房屋钢结构体系中，梁、柱构件多采用高、宽等几何形状参逡逑数在各区段内线性变化的变截面构件，这种构件除了具有一般等截面构件的特点逡逑夕卜，更突出的特点是它的截面变化形式接近荷载作用下的弯矩图，如图１．１所示。逡逑如果在门式刚架设计中，能够依照构件内力的变化，将门式刚架的梁、柱截面设逡逑计成为变截面构件，那么就可以有效的节约材料、减轻自重，使外形更加轻巧美逡逑观。因此，变截面构件越来越多的被应用于实际工程，尤其是门式刚架轻钢结构，逡逑甚至在大跨度桥梁结构中的应用也非常广泛。逡逑＼逦／逡逑＇丨逡逑＼逦？逡逑．邋＼邋／逡逑＼逦／逡逑＼逦Ｉ逡逑＼逦ｉ逡逑＼逦Ｉ逡逑＼逡逑Ｉ逦Ｍ逦１逡逑（ａ）轻型门式刚架结构图逦．逦（ｂ）弯矩分布图逡逑图１．１轻型门式刚架结构示意图逡逑楔形构件一般会选择高厚比较大的腹板，即高度相对较高，厚度相对较薄的逡逑腹板，这样既经济又能够充分利用钢材的强度，但是这种高而薄的腹板易产生局逡逑部屈曲的问题。在传统的结构设计中，通常把腹板承载力的极限值认为是屈曲的逡逑临界应力，因此为了提高腹板的屈曲临界应力，一般会设置横向加劲肋，有时还逡逑会在构件中部设置纵向加劲肋［２］

示意图,纯弯曲,局部屈曲

宜将梁腹板做的高一些、薄一些。然而当腹板高厚比过大时，极有可逡逑能会出现这样的情况：在梁出现强度破坏和整体失稳前，腹板却先发生波状屈曲逡逑而偏离之前的平面位置（图１．２），即梁腹板先发生局部失稳。此后，梁各截面逡逑的应力进行重新组合分配，仍然可能拥有一定的承载力；但是腹板的局部屈曲导逡逑致部分部位提前退出工作，减小了梁的刚度，恶化了梁整体的受力性能，因而会逡逑造成梁的强度和整体稳定性的降低，使梁提前发生破坏。所以，在进行梁的整体逡逑结构设计时，需要关注腹板的局部屈曲问题。梁腹板的局部稳定问题，其实质是逡逑腹板在加劲肋区隔内的薄板在各种应力（如正应力剪应力ｒ、和局部压应力逡逑１，）单一或两种及两种以上应力作用下的屈曲问题。逡逑图〗．２梁腹板局部屈曲示意图逡逑目前，等截面钢梁的稳定理论已经相对比较成熟。我国现有《钢结构设计规逡逑范》（ＧＢ５００１７－２００３）对等截面构件的稳定设计方法已经有了较详细的规定，仅配逡逑置横向加劲肋的腹板

【参考文献】