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冷弯薄壁轻型钢屋架承载力简化计算研究

作　者: 南晶晶
导　师: 何保康
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 冷弯薄壁型钢 轻型钢屋架 受弯构件 连续梁 简化模型 U形截面梁 非线性有限元
分类号: TU392.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本文的目的是研究冷弯薄壁轻型钢屋架的受力及变形情况,并将研究结果应用于设计。本文主要内容包括组成屋架各构件的受力情况分析;连续梁的非线性有限元分析;提出屋架的简化设计方法,将简化方法计算得到的屋架理论承载力值与屋架整体的有限元分析结果进行比较,验证简化计算方法的正确性。屋架在弹性阶段的受力性能符合结构静力学理论,根据对结构中各杆件内力的初步分析,对屋架模型进行简化,得到屋架承载力简化计算方法。屋架上弦的弯矩认为完全由与屋架上弦杆垂直的荷载分量产生,上弦的弯矩计算,可以按照连续梁受均布荷载作用情况计算得到。屋架各杆件中的轴力可通过屋架完全铰接的桁架模型计算得到。利用非线性有限元软件ABAQUS对文章中提到的各构件进行受弯的有限元分析。两端铰接单跨梁的有限元分析结果与规范计算值吻合很好,以此为基础,对不同荷载分布,不同支座情况下的梁分别进行建模分析,计算得到各种情况下梁上弯矩的计算系数;对不同支座情况的轴心受压构架进行屈曲分析,得出构件的计算长度系数,便于设计工作中参考应用。以实际工程中的屋架为对象,通过铰接模型计算屋架中各杆件轴向力,按照连续梁受弯计算各跨弯矩最大值,根据我国现行规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018—2002,按照压弯构件计算屋架上弦杆,以此得到屋架的理论承载力。对该屋架进行有限元建模分析,将分析结果与理论承载力值进行对比,证明简化设计模型可用于屋架的结构设计,并偏于安全。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 引言  8-10
    1.1.1 冷弯薄壁型钢在国内外的发展  8-9
    1.1.2 冷弯薄壁型钢和传统建筑材料的差别  9-10
  1.2 冷弯薄壁型钢及屋架的发展和研究概况  10-11
  1.3 课题来源、研究的目的和意义  11-12
  1.4 研究内容及方法  12-14
第二章 冷弯薄壁型钢屋架的构成和计算方法介绍  14-22
  2.1 引言  14
  2.2 冷弯薄壁型钢屋架的构造  14-16
  2.3 屋架中各杆件的受力分析  16-17
  2.4 按照我国冷弯薄壁型钢规范计算屋架承载力  17-21
    2.4.1 计算屋架上弦杆上的最大弯矩和最大轴力  17-18
    2.4.2 屋架上弦杆的板件有效宽度计算  18-20
    2.4.3 屋架承载力计算  20-21
  2.5 本章小结  21-22
第三章 屋架结构的非线性有限元分析介绍  22-31
  3.1 有限元问题综述  22
  3.2 结构分析中的非线性类型  22-24
    3.2.1 材料非线性  23
    3.2.2 边界非线性  23
    3.2.3 几何非线性  23-24
  3.3 单元选取,以及单元性质  24-26
  3.4 材料属性  26-27
  3.5 边界条件的模拟  27-28
  3.6 荷载的模拟  28-29
  3.7 ABAQUS中非线性问题的求解过程  29-31
第四章 确定屋架上弦杆最大弯矩计算系数的有限元分析  31-55
  4.1 引言  31
  4.2 两端铰接单跨U形截面梁有限元分析及验证  31-33
    4.2.1 单跨铰支U形截面梁理论承载力计算  31-32
    4.2.2 有限元分析现象描述  32-33
    4.2.3 有限元分析结果及验证  33
  4.3 U形截面梁的有限元参数分析  33-53
    4.3.1 单跨双螺栓连接U形截面梁的有限元分析  33-35
    4.3.2 三跨单螺栓连接U形截面梁边跨加载的有限元分析  35-37
    4.3.3 三跨单螺栓连接U形截面梁中间跨加载的有限元分析  37-39
    4.3.4 三跨单螺栓连接U形截面梁全跨加载的有限元分析  39-43
    4.3.5 三跨双螺栓连接U形截面梁单跨加载的有限元分析  43-45
    4.3.6 三跨双螺栓连接U形截面梁全跨加载的有限元分析  45-49
    4.3.7 三跨混合连接U形截面梁全跨加载的有限元分析  49-53
  4.4 本文关于冷弯薄壁型钢屋架上弦杆弯矩的建议计算公式  53-54
  4.5 本章小结  54-55
第五章 冷弯薄壁型钢屋架建议计算方法及有限元验证  55-65
  5.1 引言  55
  5.2 冷弯薄壁型钢屋架建议计算方法  55-63
    5.2.1 屋架轴力的计算方法  55-56
    5.2.2 屋架上弦杆计算长度有限元分析  56-60
    5.2.3 运用本文建议计算方法计算冷弯薄壁型钢屋架承载力示例  60-63
  5.3 屋架承载力计算的有限元验证  63-64
  5.4 本章小结  64-65
第六章 结论及展望  65-67
  6.1 本文主要工作  65
  6.2 本文主要结论  65
  6.3 展望及建议  65-67
致谢  67-68
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况  68-69
参考文献  69-71

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 金属结构 > 各类钢结构 > 型钢结构
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