楔形變截面構(gòu)件的平面外彈塑性穩(wěn)定研究.pdf

1、變截面構(gòu)件在門式剛架廠房中的應(yīng)用非常廣泛,而平面外彎扭失穩(wěn)是薄壁構(gòu)件主要的失穩(wěn)模式,比單獨(dú)的彎曲失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)要復(fù)雜得多?！堕T式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS102:2002)中對(duì)變截面壓彎構(gòu)件的平面外穩(wěn)定驗(yàn)算存在著不少問題,相關(guān)公式中軸力項(xiàng)取小端的內(nèi)力及其截面性質(zhì),彎矩項(xiàng)取大端的內(nèi)力及其截面性質(zhì),當(dāng)楔形變截面柱退化成等截面柱時(shí),“規(guī)程”(CECS102:2002)中的公式不能退化成《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范》(GB50017-2003)中的

2、公式,造成規(guī)范之間不協(xié)調(diào)。對(duì)于梁的整體穩(wěn)定系數(shù)則是來源于彈性臨界彎矩公式,再進(jìn)行必須的彈塑性折減,而實(shí)際受彎構(gòu)件因存在初始缺陷,殘余應(yīng)力等影響,彎扭失穩(wěn)已經(jīng)不再是分岔屈曲問題,而是極值點(diǎn)失穩(wěn)問題。另外,國內(nèi)外規(guī)范對(duì)彎矩線性變化梁的整體穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算采用不同的思路和方法,存在著較大爭議,無法協(xié)調(diào)各個(gè)專家學(xué)者的意見。即使對(duì)等截面構(gòu)件,目前的平面外穩(wěn)定計(jì)算公式也還是有改進(jìn)的余地,例如,在M小/M大=-1時(shí),βtx=0.3,對(duì)彎矩折減很大,此時(shí)

3、軸力大時(shí)平面外穩(wěn)定公式起控制作用;而彎矩大時(shí),強(qiáng)度公式起控制作用。
　　 本文主要對(duì)變截面構(gòu)件的平面外彈塑性穩(wěn)定進(jìn)行研究。首先,在已有研究的基礎(chǔ)上,根據(jù)經(jīng)典薄壁理論,推導(dǎo)了變截面壓彎構(gòu)件的總應(yīng)變能公式,在推導(dǎo)時(shí),考慮了軸力和彎矩兩項(xiàng),并在推導(dǎo)的整個(gè)過程中都考慮變截面構(gòu)件單軸對(duì)稱時(shí)剪心軸和形心軸夾角αcs的影響,不僅適用于雙軸對(duì)稱變截面也適用于單軸對(duì)稱變截面。其次,利用有限單元法對(duì)總應(yīng)變能公式進(jìn)行剛度矩陣的推導(dǎo),并利用Ansys有

4、限元程序進(jìn)行算例分析,來驗(yàn)證本文理論的正確性。除此之外,本文的重點(diǎn)在于對(duì)變截面梁和變截面壓彎桿的平面外彈塑性研究,變截面梁受不等彎矩作用,取小端截面和大端截面的最大應(yīng)力比值分別為-1.0、-0.5、0、0.5和1.0,考慮構(gòu)件本身的初始缺陷和兩種殘余應(yīng)力模式,通過Ansys分析的結(jié)果擬合得到精度較高的整體穩(wěn)定系數(shù)公式,同樣,對(duì)變截面壓彎桿進(jìn)行類似的彈塑性分析,通過對(duì)大量算例的計(jì)算數(shù)據(jù),提出一種光滑的軸力.彎矩相關(guān)作用曲線,得到新的平面外