單軸對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梁的失穩(wěn)模式和穩(wěn)定承載力有很大影響。從十九世紀末開始,各國學者針對各種形式的梁進行了試驗研究和理論分析,有關各種條件下單跨梁的整體穩(wěn)定性能的研究已經很成熟,各國規(guī)范中用于計算單跨梁的整體穩(wěn)定承載力公式也基本一致。由于懸伸梁和連續(xù)梁屈曲問題的復雜性,目前還沒有簡便的方法來計算其彎扭屈曲荷載。國外學者對雙軸對稱截面的連續(xù)梁進行過試驗研究,國內尚未查閱到相關的試驗資料。

2、現(xiàn)今學者們提出用于計算懸伸梁和連續(xù)梁的整體穩(wěn)定承載力計算方法多針對雙軸對稱截面,而且荷載作用點高度和截面不對稱性對整體穩(wěn)定性能的影響考慮的不夠全面。因此,對單軸對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算方法還需進行深入的研究。本課題采用試驗與理論分析相結合的方法,對單軸對稱工字形單懸伸梁和雙跨連續(xù)梁的整體穩(wěn)定性能進行了較為系統(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化計算公式?？紤]到國內缺少懸

3、伸梁和連續(xù)梁的試驗數(shù)據(jù),本文對5根單軸對稱工字形單懸伸梁和3根單軸對稱工字形雙跨連續(xù)梁進行了集中荷載作用在上翼緣時的整體穩(wěn)定承載力試驗研究。試驗結果表明:當單懸伸梁控制穩(wěn)定的部分在簡支段,且大部分上翼緣受壓時,相同條件下,上翼緣加強截面的極限承載力明顯高于下翼緣加強截面。當自由端荷載位置不變,簡支段的集中荷載越靠近懸伸段支座,懸伸段對簡支段的約束越大,梁的極限承載力也隨之增大;對于雙跨連續(xù)梁,當控制梁段跨度不變時,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。并且當約束梁段上作用荷載為零時,其對控制梁段的約束最小。在進行梁的整體穩(wěn)定試驗時,可利用Southwell法獲得較精確的構件彈性臨界荷載,從而可以利用有限的試件得到更多的試驗數(shù)據(jù)。采用截面法對焊接單軸對稱工字形截面的殘余應力分布進行了測量。根據(jù)實測值建立了接近試驗情況的單軸對稱工字形截面殘余應力分布模型,并用FORTRAN語言編寫了能自動生成初應力文件的程序。利用ANSYS進行非線性屈

5、曲分析時讀入初應力文件,計算得到的極限承載力與試驗結果吻合較好。經分析發(fā)現(xiàn)不考慮殘余應力的有限元結果與試驗結果相差較大。在試驗的基礎上,分別對單軸對稱工字形單懸伸梁和雙跨連續(xù)梁進行了大量的參數(shù)分析。通過研究截面形式、截面尺寸、梁跨度、相鄰梁段跨度比及荷載作用點高度等參數(shù)對極限彎矩的影響發(fā)現(xiàn):對于單懸伸梁,當集中荷載作用在下翼緣,懸伸段對簡支段的約束隨懸伸長度與簡支段跨度比η的增大或簡支段與懸伸段荷載之比R的減小而增強;當集中荷載作用在上

6、翼緣,R值較大時,懸伸段對簡支段的約束隨η增大而增強,而當R值較小時,約束隨η增大反而減弱。單懸伸梁受均布荷載時,梁段間的約束隨η增大而增強,與相同條件下集中荷載作用時相比,R對極限彎矩的影響不如η大。對于雙跨連續(xù)梁,約束梁段的跨度越大,梁段間的相互約束越弱。以有限元分析結果為依據(jù),通過對集中荷載(或均布荷載)作用下單軸對稱工字形單懸伸梁、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,Mc/Mce(或Md/Mde)隨控制梁段的扭轉剛度系數(shù)K1的變化呈拋物線變化。由此回歸得到了單軸對稱工字形單懸伸梁和雙跨連續(xù)梁臨界彎矩的計算公式。通過對彈塑性彎扭屈曲模擬結果的回歸得到了極限彎矩與臨界彎矩的關系式。開展了單、雙軸對稱工字形雙跨、單跨梁在焊接殘余應力影響下整體穩(wěn)定性能的探索性研究。分析了荷載形式、荷載作用高度、截面不對稱性、梁跨度及翼緣殘余拉、壓應力面積之比對梁極限承載力的影響,并提出了考慮殘余應力梁的極限彎