單軸對(duì)稱工字形單懸伸梁和雙跨連續(xù)梁整體穩(wěn)定性能研究.pdf

1、彎扭屈曲是鋼梁的重要的破壞模式之一,不同的截面形式、邊界條件以及荷載形式對(duì)梁的失穩(wěn)模式和穩(wěn)定承載力有很大影響。從十九世紀(jì)末開(kāi)始,各國(guó)學(xué)者針對(duì)各種形式的梁進(jìn)行了試驗(yàn)研究和理論分析,有關(guān)各種條件下單跨梁的整體穩(wěn)定性能的研究已經(jīng)很成熟,各國(guó)規(guī)范中用于計(jì)算單跨梁的整體穩(wěn)定承載力公式也基本一致。由于懸伸梁和連續(xù)梁屈曲問(wèn)題的復(fù)雜性,目前還沒(méi)有簡(jiǎn)便的方法來(lái)計(jì)算其彎扭屈曲荷載。國(guó)外學(xué)者對(duì)雙軸對(duì)稱截面的連續(xù)梁進(jìn)行過(guò)試驗(yàn)研究,國(guó)內(nèi)尚未查閱到相關(guān)的試驗(yàn)資料。

2、現(xiàn)今學(xué)者們提出用于計(jì)算懸伸梁和連續(xù)梁的整體穩(wěn)定承載力計(jì)算方法多針對(duì)雙軸對(duì)稱截面,而且荷載作用點(diǎn)高度和截面不對(duì)稱性對(duì)整體穩(wěn)定性能的影響考慮的不夠全面。因此,對(duì)單軸對(duì)稱工字形懸伸梁和連續(xù)梁的整體穩(wěn)定性能及其承載力的計(jì)算方法還需進(jìn)行深入的研究。本課題采用試驗(yàn)與理論分析相結(jié)合的方法,對(duì)單軸對(duì)稱工字形單懸伸梁和雙跨連續(xù)梁的整體穩(wěn)定性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究,并據(jù)此提出了可考慮截面形式、荷載作用位置的臨界彎矩和極限彎矩的簡(jiǎn)化計(jì)算公式?？紤]到國(guó)內(nèi)缺少懸

3、伸梁和連續(xù)梁的試驗(yàn)數(shù)據(jù),本文對(duì)5根單軸對(duì)稱工字形單懸伸梁和3根單軸對(duì)稱工字形雙跨連續(xù)梁進(jìn)行了集中荷載作用在上翼緣時(shí)的整體穩(wěn)定承載力試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)單懸伸梁控制穩(wěn)定的部分在簡(jiǎn)支段,且大部分上翼緣受壓時(shí),相同條件下,上翼緣加強(qiáng)截面的極限承載力明顯高于下翼緣加強(qiáng)截面。當(dāng)自由端荷載位置不變,簡(jiǎn)支段的集中荷載越靠近懸伸段支座,懸伸段對(duì)簡(jiǎn)支段的約束越大,梁的極限承載力也隨之增大;對(duì)于雙跨連續(xù)梁,當(dāng)控制梁段跨度不變時(shí),隨著約束梁段的跨度逐漸

4、增大,梁段間的相互約束逐漸減弱,梁的極限承載力降低。并且當(dāng)約束梁段上作用荷載為零時(shí),其對(duì)控制梁段的約束最小。在進(jìn)行梁的整體穩(wěn)定試驗(yàn)時(shí),可利用Southwell法獲得較精確的構(gòu)件彈性臨界荷載,從而可以利用有限的試件得到更多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。采用截面法對(duì)焊接單軸對(duì)稱工字形截面的殘余應(yīng)力分布進(jìn)行了測(cè)量。根據(jù)實(shí)測(cè)值建立了接近試驗(yàn)情況的單軸對(duì)稱工字形截面殘余應(yīng)力分布模型,并用FORTRAN語(yǔ)言編寫了能自動(dòng)生成初應(yīng)力文件的程序。利用ANSYS進(jìn)行非線性屈

5、曲分析時(shí)讀入初應(yīng)力文件,計(jì)算得到的極限承載力與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)不考慮殘余應(yīng)力的有限元結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相差較大。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,分別對(duì)單軸對(duì)稱工字形單懸伸梁和雙跨連續(xù)梁進(jìn)行了大量的參數(shù)分析。通過(guò)研究截面形式、截面尺寸、梁跨度、相鄰梁段跨度比及荷載作用點(diǎn)高度等參數(shù)對(duì)極限彎矩的影響發(fā)現(xiàn):對(duì)于單懸伸梁,當(dāng)集中荷載作用在下翼緣,懸伸段對(duì)簡(jiǎn)支段的約束隨懸伸長(zhǎng)度與簡(jiǎn)支段跨度比η的增大或簡(jiǎn)支段與懸伸段荷載之比R的減小而增強(qiáng);當(dāng)集中荷載作用在上

6、翼緣,R值較大時(shí),懸伸段對(duì)簡(jiǎn)支段的約束隨η增大而增強(qiáng),而當(dāng)R值較小時(shí),約束隨η增大反而減弱。單懸伸梁受均布荷載時(shí),梁段間的約束隨η增大而增強(qiáng),與相同條件下集中荷載作用時(shí)相比,R對(duì)極限彎矩的影響不如η大。對(duì)于雙跨連續(xù)梁,約束梁段的跨度越大,梁段間的相互約束越弱。以有限元分析結(jié)果為依據(jù),通過(guò)對(duì)集中荷載(或均布荷載)作用下單軸對(duì)稱工字形單懸伸梁、雙跨連續(xù)梁臨界彎矩與相同條件下單跨簡(jiǎn)支梁臨界彎矩之比Mc/Mce(或Md/Mde)的研究,發(fā)現(xiàn)在其

7、它條件一定時(shí),Mc/Mce(或Md/Mde)隨控制梁段的扭轉(zhuǎn)剛度系數(shù)K1的變化呈拋物線變化。由此回歸得到了單軸對(duì)稱工字形單懸伸梁和雙跨連續(xù)梁臨界彎矩的計(jì)算公式。通過(guò)對(duì)彈塑性彎扭屈曲模擬結(jié)果的回歸得到了極限彎矩與臨界彎矩的關(guān)系式。開(kāi)展了單、雙軸對(duì)稱工字形雙跨、單跨梁在焊接殘余應(yīng)力影響下整體穩(wěn)定性能的探索性研究。分析了荷載形式、荷載作用高度、截面不對(duì)稱性、梁跨度及翼緣殘余拉、壓應(yīng)力面積之比對(duì)梁極限承載力的影響,并提出了考慮殘余應(yīng)力梁的極限彎