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钢异形柱双向压弯承载力实用计算的研究

作　者: 赵爽
导　师: 陈章华；王明贵
学　校: 北京科技大学
专　业: 固体力学
关键词: 任意截面构件钢异形柱 L形钢异形柱双向压弯缺陷性分析
分类号: TU392.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 81次
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内容摘要

在钢结构住宅设计中,结构体系主要是用热轧H型钢建造的框架结构或框架-核心筒结构,H型钢的截面尺寸一般在200mm×200mm至400mm×400mm,这使得结构柱在室内凸出,影响建筑美观,不方便使用。在钢筋混凝土框架结构中也存在类似的情况。为了较好地解决了室内柱角凸出的问题,工程人员研究出了一种钢筋混凝土异形柱。由此设想,若能在钢结构住宅中使用由H型钢和T型钢组合而成的钢异形柱,例如房间中柱采用十字形截面柱、边柱用T形截面柱、角柱用L形截面柱,就能解决钢结构住宅室内柱角凸出的问题。我国现行《钢结构设计规范》给出了十字形截面柱和T形截面柱的设计计算公式,但没有L形截面柱的设计计算方法,查阅有关资料也未见相关文献报导。因此,研究L形钢异形柱的承载力,既能完善我国钢结构住宅技术应用的基础研究,促进我国钢结构住宅建筑技术发展,又能丰富我国钢结构设计理论,具有理论和现实意义。L形钢异形柱属于横截面没有对称轴的任意截面钢构件。本文是在前人研究成果的基础上,从薄壁柱理论的任意截面双向压弯构件弯扭屈曲一般性相关方程出发,根据工程实际设计方法,分析化简一般方程,最终得到任意截面双向压弯构件稳定承载力的工程实用设计公式。首先,在任意截面双向压弯构件弯扭屈曲一般性相关方程中化简不对称项的影响,得到双轴对称截面双向压弯构件的弯扭屈曲相关方程。再将该方程投影到以P Pω、M x M crx0、M y M cry0为直角坐标轴的各个坐标平面进行分析讨论,得到简化方程。再在简化方程中重新引入不对称项,得到任意截面双向压弯构件稳定承载力的理论简化方程。然后,分别讨论初始缺陷、不均匀荷载以及不同约束条件对构件整体稳定性的影响,再以参数的形式将这些影响引入到理论简化方程当中,对方程进行修正。并以此为基础,运用梁柱理论和叠加法,推导出任意截面双向压弯构件稳定承载力的工程实用设计公式。最后,本文以L形钢异形柱为例,做了两组双向偏心受压试验,并采用ANSYS软件进行了计算机模拟分析。通过试验和ANSYS软件分析结果与工程实用设计公式的计算结果的对比,验证所得公式是合理的,用于工程设计是偏于安全的。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-14
  1.1 课题背景及研究意义  10-13
  1.2 本文的研究内容  13-14
2 钢结构稳定问题基本概念综述  14-25
  2.1 钢结构的三种失稳类型  14-16
  2.2 钢结构稳定问题分析方法  16-19
  2.3 截面具有对称轴的压弯钢构件整体稳定理论概述  19-25
    2.3.1 压弯构件整体屈曲现象分类  19-20
    2.3.2 实腹式压弯构件在弯矩作用平面外的稳定性  20-25
3 任意截面钢构件的承载力研究  25-36
  3.1 基本概念  25-28
  3.2 任意截面双向压弯构件弯扭屈曲相关方程的推导  28-32
  3.3 任意轴心受压构件弯扭屈曲荷载的研究  32-36
4 任意截面双向压弯构件承载力实用计算研究  36-53
  4.1 弯扭屈曲相关方程的简化  36-41
  4.2 工程实用设计公式的提出  41-48
    4.2.1 关于轴压项的讨论  42
    4.2.2 关于弯矩项的讨论  42-48
  4.3 算例  48-53
5 试验研究  53-63
  5.1 试验设计  53-57
    5.1.1 试件设计  53-55
    5.1.2 加载方案  55-56
    5.1.3 量测方案  56-57
  5.2 试验过程及试验数据整理  57-61
    5.2.1 材性试验  57-58
    5.2.2 双向压弯试验  58-61
  5.3 试验结论  61-63
6 ANSYS 有限元分析研究  63-75
  6.1 ANSYS 有限元分析概述  63-64
  6.2 ANSYS 有限元分析过程  64-72
    6.2.1 建立有限元模型  64-68
    6.2.2 求解及后处理  68-72
  6.3 分析结果的对比  72-75
7 结论及展望  75-77
  7.1 结论  75-76
  7.2 展望  76-77
参考文献  77-80
附录A 理论解与实用解对比曲线图  80-89
在学研究成果  89-90
致谢  90

钢异形柱双向压弯承载力实用计算的研究

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