波纹腹板H型钢梁整体稳定性研究

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H型钢梁是钢结构体系中主要的受弯构件,由腹板和上下翼缘焊接而成,其中腹板承担梁上剪力,翼缘承担弯矩。与传统平腹板相比,波纹腹板具有更高的平面外刚度和稳定性,无需加劲肋即可满足钢梁的抗剪需求,并且可以减小腹板截面厚度,解决了腹板薄壁化和稳定性之间的矛盾,因此成为近年来的科研热门。本文的研究课题为波纹腹板H型钢梁的整体稳定性。采用试验法、有限元分析法和理论分析法相结合的研究方法进行论证。波纹腹板H型钢梁整体稳定性试验在郑州大学结构试验室进行,共设计了四根正弦波纹腹板悬臂梁试件。加载方式为重力加载,每根试件设置14个测点,其中8个应变测点,6个位移测点。进行试验时,分级加载砝码并记录数据,直至试件弯扭扭屈曲破坏。记录试验数据及屈曲临界荷载,观察试验过程中钢梁的变形及失稳特征。有限元分析中使用了通用有限元软件ANSYS。采用SHELL181单元对翼缘和腹板进行建模分析。分析类型分别为特征值屈曲分析和弹塑性屈曲分析。通过有限元求解得到试件的屈曲模态,弹性屈曲荷载,塑性破坏荷载以及加载过程中的应力分布及变形发展情况。将试验结果和有限元分析的结果进行对比,验证有限元方法计算结果的可靠性,并对波纹腹板悬臂钢梁整体稳定破坏的机理进行分析。利用有限元方法进行参数分析,讨论缺陷尺寸对波纹腹板梁整体稳定性的影响,并且将波纹腹板钢梁和钢梁的整体稳定性进行对比。我国现有可用于波纹腹板钢结构设计的规范《波纹腹板钢结构技术规程》和《波浪腹板钢结构应用技术规程》。两本规范中没有明确给出波纹腹板悬臂梁稳定性系数的计算方法。本文首先验证了经典屈曲理论公式在波纹腹板悬臂梁中的适用性,最终给出了可用于实际设计的简化算法。该方法的可靠性通过有限元模拟分析进行了验证。
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