冷弯C型钢梁在弯矩和扭矩共同作用下的受力性能研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:zhijie882008
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当作用在钢梁上的横向荷载没有通过截面的剪切中心时,钢梁上会产生扭矩从而影响钢梁构件的承载能力。在实际工程中由于荷载偏离剪切中心导致的钢梁受扭是难以避免的;而考虑钢梁在扭矩与弯矩共同作用下的设计方法很少。本文对冷弯薄壁C型钢梁在弯矩作用下以及弯矩和扭矩共同作用下的受力性能进行研究。采用荷载等效方法将偏心横向荷载等效为扭矩和通过冷弯薄壁C型截面腹板的横向荷载。利用ANSYS同时考虑材料非线性与几何非线性进行了冷弯C型钢梁的有限元分析。首先,对均匀受弯的冷弯C型钢梁进行了参数分析,比较了不同跨长、截面、初始缺陷对均匀受弯构件承载力的影响。在此基础上,对三种受弯构件:均匀受弯钢梁、承受跨中集中荷载和均布荷载作用的钢梁进行了有限元分析。并将有限元分析得到的结果与中国冷弯型钢技术规范的稳定系数和美国-澳大利亚规范中的侧扭屈曲设计曲线进行了对比。结果表明,对于跨度较长的钢梁,两种规范的设计值可能是不安全的。其次,对承受跨中集中荷载作用和承受均布偏心荷载作用下不同跨长、截面、荷载偏心距和初始缺陷冷弯C型钢梁进行了有限元分析。在横向偏心荷载作用下,当冷弯C型钢梁的跨度较短且板件宽厚比较大时,钢梁的腹板处容易发生剪切屈曲;当横向荷载偏心距e>0和e<0时,跨度较短的冷弯C型钢梁分别容易发生局部屈曲和畸变屈曲;跨度较长的冷弯C型钢梁则倾向于发生侧扭屈曲。第三,通过比较不同跨长和偏心距作用下钢梁的失效变形和承载力,分析了横向偏心荷载作用下钢梁承载力变化的规律和影响因素。根据有限元结果,得到钢梁上承受的弯矩M和扭矩T的直线相关关系。分析了弯矩和扭矩共同作用下钢梁设计中M-T直线相关公式、Put和Pi相关公式的适用性,并对各相关公式中的极限扭矩MT的取值给出了建议。依据现有的规范计算公式考虑扭矩对钢梁稳定的影响,本文提出可以在规范设计公式的基础上增加稳定折减系数作为钢梁在弯矩和扭矩共同作用下的稳定设计公式,并给出冷弯C型钢梁在跨中偏心荷载作用下和均布偏心荷载作用下的稳定折减系数表达式。
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