预弯梁预加载失稳机理及其在不同支撑条件下的稳定性研究

发布时间：2020-05-01 14:04

【摘要】：预弯组合梁从1949年在比利时诞生以来,至今已有整整70年的历史,鉴于该组合结构具有建筑高度小,截面刚度大,抗弯承载能力强,施工吊装重量轻等优势,广泛应用于日本、美国、西欧等国家的高层建筑、车站、桥梁等工程结构中。但与其他梁结构的高跨比相比,通常情况下预弯组合梁的高跨比较小,故细长的预弯工字形钢梁在较大的预弯力的作用下,极其容易发生钢梁的整体侧倾失稳。因此,对预弯梁预加载过程如何避免钢梁的整体侧倾失稳成了整个施工过程的关键问题之一。本文以预弯梁预加载过程侧向的支撑布置为研究背景,对三分点或四分点加载的简支工字形钢梁主要进行以下几个方面的研究:基于弹性稳定基本理论,本文从工字形钢梁在横向荷载作用下易发生侧向的弯扭失稳的原因出发进行分析,简要介绍了常用的钢梁整体稳定计算方法,并归纳了简支工字形钢梁在纯弯矩、均布荷载以及跨中集中力荷载作用下的临界弯矩表达式,总结推导过程的计算思路,进而推导了m分点加载无支撑和带侧扭支撑工字形钢梁临界弯矩表达式,通过合理修正给出双轴对称工字形钢梁的峰值临界弯矩公式以及理想临界侧扭支撑刚度公式。基于大型通用软件ABAQUS有限元建模分析工具,对不同计算跨径及截面的双轴对称工字形钢梁进行弹性特征值屈曲分析,得到不同侧扭支撑刚度下的临界弯矩值,通过将这些散点绘制成曲线图并与理论计算曲线对比分析,一方面主要来验证理论公式的适用性,另一方面也得出随着侧扭支撑个数的变化,钢梁的临界荷载及理想侧扭支撑刚度的变化规律。基于理论与有限元计算结果对比分析所得结论,将本文理论推导的峰值临界弯矩公式用于指导预弯梁预加载施工流程中的侧向支撑的个数取值。将理想临界侧扭支撑刚度公式等价转化成实际工程中预弯梁预加载施工流程中的侧向支撑杆支顶力公式,该支顶力公式可用于设计支顶杆截面面积。
【图文】：

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图 1.1 预弯梁组合梁示意图图 1.2 预弯梁组合梁支撑体系示意图1.1 影响工字钢梁整体稳定的因素对于一根主刚度平面内承受横向荷载的简支工字钢梁来说，其之所以容易发生整体失稳，是因为工字钢梁侧向弱轴刚度比较小（远小于主平面内_7轴刚度），并且在整个梁长范围内没有提供足够多的约束，在主平面内达到一定大小荷载时，受压翼缘发生相对较大的侧向位移，同时牵制着腹板及受拉翼缘板发生侧向位移，并伴随着整个截面的扭转，从而导致工字钢梁整体发生侧向失稳。因此，主要有以下几点因素极大地影响钢梁的整体稳定性：（1）钢梁两端的支承条件。梁端的支承条件即反映了对梁端的约束程度的大小，也导致沿梁长方向的弯矩分布形式不一样。比如固支梁比简支梁的约束程度高，在跨中集中力作用下，固支梁的梁端产生负弯矩，而简支梁除梁端弯矩为零外，沿梁长均为正弯矩。由钢梁整体稳定概念可知，钢梁失稳一般由受压翼缘板的侧向位移引起，所以支承条件不一的钢梁整体稳定性能也不一样。（2）钢梁的截面尺寸及未支撑的计算跨径。对于工字钢梁来说，其侧向刚度远小于主平面内刚度，因此增加截面尺寸能提高

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因此，就如何设计预弯工字钢梁施工过程中的侧向支撑体系就成为必须解决的关键问题之一。图 1.1 预弯梁组合梁示意图图 1.2 预弯梁组合梁支撑体系示意图1.1 影响工字钢梁整体稳定的因素对于一根主刚度平面内承受横向荷载的简支工字钢梁来说，，其之所以容易发生整体失稳，是因为工字钢梁侧向弱轴刚度比较小（远小于主平面内_7轴刚度），并且在整个梁长范围内没有提供足够多的约束，在主平面内达到一定大小荷载时，受压翼缘发生相对较大的侧向位移，同时牵制着腹板及受拉翼缘板发生侧向位移，并伴随着整个截面的扭转，从而导致工字钢梁整体发生侧向失稳。因此，主要有以下几点因素极大地影响钢梁的整体稳定性：（1）钢梁两端的支承条件。梁端的支承条件即反映了对梁端的约束程度的大小，也导致沿梁长方向的弯矩分布形式不一样。比如固支梁比简支梁的约束程度高，在跨中集中力作用下，固支梁的梁端产生负弯矩，而简支梁除梁端弯矩为零外，沿梁长均为正弯矩。由钢梁整体稳定概念可知，钢梁失稳一般由受压翼缘板的侧向位移引起，所以支承条件不一的钢梁整体稳定性能也不一样。（2）钢梁的截面尺寸及未支撑的计算跨径。对于工字钢梁来说，其侧向刚度远小于主平面内刚度，因此增加截面尺寸能提高
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU398

【参考文献】