扭矩对悬臂工字形截面钢梁整体稳定性的影响研究

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钢材因其具有强度高、自重轻、力学性能良好等优点而得到广泛的应用,然而在实际工程中,钢结构以及钢构件的承载力往往是受稳定性控制,而整体稳定是研究稳定问题的一大组成部分。国内外的一些学者对钢梁的整体稳定的研究做了非常多的理论研究与试验分析对比,取得了比较大的成果。悬臂钢梁在实际工程中往往由于偏心荷载的作用,同时承受着弯矩和扭矩的作用。然而对工字形截面钢梁在弯、扭复合受力的稳定问题研究甚少,我国的最新钢规《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中并没有给出设计公式。针对这一问题,我觉得有必要进行一番研究,争取提出一个清晰简洁的设计公式。本文先采用传统的研究整体稳定方法,对承受弯扭联合作用下的工字形钢梁进行理论分析,得到了平衡微分方程和总势能方程。然后针对悬臂工字形截面钢梁在纯弯、无偏心横向荷载和偏心横向荷载作用下的整体稳定进行了分析。接下来参照我国《冷弯薄壁型钢规范》(GB50018-2002)中构件在弯扭联合作用下的整体稳定计算公式。在此基础上引进两个弯扭相关的系数k y和kω,以此考虑考虑弯矩及扭矩共同作用下对钢梁的整体稳定的影响。本文为了求出弯扭系数,采用通用有限元ANSYS建模分析,对两种典型的偏心荷载在不同偏心距e、不同的跨度l、不同的受压翼缘宽度b等因素去分析它们对弯扭系数的影响。计算完成之后然后应用数据统计软件对数据进行回归分析,最后求得弯扭系数的表达式,该公式对悬臂钢梁在弯扭联合作用下的整体稳定计算提供参考。
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