圆形与非圆形截面钢-混组合梁自由扭转刚度理论研究

发布时间：2020-07-04 22:32

【摘要】：众所周知,钢-混组合梁具有承载力高、刚度大、抗震性能好等特性,因此被广泛应用于大跨、超高、大空间等建筑结构中。然而,由于钢-混组合梁由不同材料组合而成,其扭转力学性能比单一材料梁的扭转力学性能更为复杂。因此,目前对钢-混组合梁力学性能的研究大多集中在轴压,偏压(压弯)以及纯弯受力状态,很少涉及钢-混组合梁扭转性能的研究。而且在大跨、大空间、超高层等复杂结构中,结构构件在各种形式复杂的荷载作用下很容易发生扭转变形。而且钢-混组合构件受扭作用的机理和承载力计算方法的研究是深人研究其复合受扭工作性能和承载力计算的基础。所以,本文开展钢-混组合梁扭转性能研究具有较高的科学意义和研究价值,更是一项亟需解决的复杂工程问题。为此,本文基于张文福教授近期提出的板—梁理论和传统经典Saint-Venant扭转理论思想对圆形和非圆形(包括椭圆形、方形及矩形截面钢-混组合梁自由扭转刚度进行了理论研究。本文的主要研究内容有:(1)基于板—梁理论和传统经典Saint-Venant扭转理论,首先给出了圆截面钢-混组合梁自由扭转变形后截面横向位移u、v和纵向位移w表达式,然后根据弹性理论基本知识推导了内置工字钢骨圆形CFST组合梁以及圆截面工字型钢-混凝土组合梁自由扭转变形应变能表达式,并给出其自由扭转刚度理论解析解。同时,为了便于圆截面组合梁自由扭转刚度在实际工程中的应用,本文还根据叠加思想提出了圆截面钢-混组合梁自由扭转刚度叠加组合设计公式。(2)利用有限元软件ANSYS分别建立内置工字钢骨圆形CFST组合悬臂梁和圆形截面工字型钢-混凝土组合悬臂梁有限元模型,并对这两类钢-混组合梁自由扭转进行有限元分析,以此验证本文给出的圆截面钢-混组合梁自由扭转刚度理论解析解的正确性。(3)基于板—梁理论和传统经典Saint-Venant扭转理论,首先分别给出了非圆形截面(椭圆形、方形及矩形截面)钢-混组合梁自由扭转变形后截面横向位移u、v和纵向位移w表达式,然后根据弹性理论基本知识推导了内置工字钢骨非圆形CFST组合梁和非圆形截面工字型钢-混凝土组合梁自由扭转变形应变能表达式,并给出其自由扭转刚度理论解析解。同时,为了便于非圆形截面钢-混组合梁自由扭转刚度在实际工程中的应用,本文还根据叠加思想提出了非圆形截面钢-混组合梁自由扭转刚度组合叠加设计公式。(4)利用ANSYS分别建立内置钢骨非圆形CFST组合悬臂梁和非圆形截面工字型钢-混凝土组合悬臂梁有限元模型,并对非圆形截面钢-混组合梁自由扭转进行有限元分析,以此验证本文给出的非圆形截面钢-混组合梁自由扭转刚度理论解析解的正确性。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU398.9
【图文】：

2.1 承受端部集中扭矩的内置工字钢骨圆形钢管混凝土组合悬臂梁图 2.2 内置工字钢骨圆钢管混凝土组合梁截面尺寸与扭转变形应变能扭转，且扭转角的变化率为常数，即扭率 d /dz 为常数450724507250421,630xobfHtftwxy·θ

图 2.2 内置工字钢骨圆钢管混凝土组合梁截面尺寸与扭转变形.1.3 自由扭转应变能一、位移场仅考虑自由扭转，且扭转角的变化率为常数，即扭率 d /dz 为常数的情

【参考文献】

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本文编号：2741688