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对于腹板高厚比相对较大的工字钢梁通常采用设置加劲肋的方法来提高其腹板的局部稳定性,但加劲肋的设置增加了钢梁的用钢量和焊接工作量。为此,国内外研究者提出将平钢板弯曲加工成波纹状作为梁的腹板,目前波纹钢腹板的结构形式主要有梯形和曲线形这两种。
提出了一种新型波纹腹板钢梁--折线形腹板工字钢梁,即钢腹板沿其长度方向加工成周期性折板。完成了3根钢梁跨中集中荷载作用下的静力对比试验,对其受力性能进行了分析,着重探讨了折线形钢腹板的屈曲性能、屈曲形式和屈曲后强度,并与设置不同间距加劲肋的腹板进行比较。试验研究表明,折线形钢腹板梁明显提高了梁局部屈曲承载力,用它来代替普通的平直腹板梁可以使腹板厚度减小,利用ANSYS有限元软件对试验梁进行分析,有限元分析结果和试验结果较为吻合。
利用ANSYS有限元软件对折线形腹板钢梁的抗剪和抗弯性能进行了研究,并与梯形和曲线形腹板钢梁的抗弯和抗剪性能进行了比较。研究表明折线形钢腹板有极强的抗剪能力;折线形钢腹板在横向剪应力作用下有局部屈曲、整体屈曲和复合屈曲这三种屈曲模式;折线形腹板钢梁上下翼缘所承受的剪应力很小,剪应力主要由腹板承受,弯曲应力主要由钢梁的上下翼缘承受;随着钢梁翼缘厚度的增加,腹板的屈曲荷载、屈曲应力和钢梁的刚度、屈服荷载和极限荷载逐渐增大;随着腹板厚度的增加,腹板届曲荷载和钢梁的刚度、屈服荷载、极限荷载和延性系数增大,钢梁腹板的屈曲模式由整体屈曲模式逐渐过渡到局部屈曲模式;随着钢腹板弯折角度的变大,钢梁腹板的屈曲模式由整体屈曲模式逐渐过渡到局部屈曲模式。在各项几何参数相同的情况下,腹板的波幅相对较大和高厚比相对较小的折线形腹板钢梁,其屈曲荷载、屈服荷载、极限承载力和延性优于其它波纹腹板钢梁。运用弹性力学的方法对折线形钢腹板的各种屈曲模式屈曲强度进行理论分析,并与有限元分析结果比较,理论分析和有限元结果较为吻合,对折线形钢腹板的抗弯性能进行了理论研究。