端弯矩和横向力作用下工字钢梁的整体稳定性研究

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钢梁在未达到强度极限之前发生弯扭屈曲称为丧失整体稳定性,钢梁的设计常由其稳定承载力决定。钢梁整体稳定的求解可以采用平衡法也可以采用能量法。但在能量法的应用中,有关钢梁总势能方程的推导一直存在着争议,因此钢梁总势能的表达式至今仍未统一。本文分析比较了不同理论下钢梁总势能方程的表达式;肯定了在总势能的推导过程中,考虑横向正应力的正确性;并基于能量法基本原理,得到简支钢梁临界弯矩表达式。现行钢结构设计规范有关钢梁整体稳定计算的条文基于简支梁的分析,对梁端为刚性以及半刚性的情况未作考虑。本文基于上述事实对端部负弯矩和横向荷载共同作用下的钢梁的弯扭屈曲进行研究,采用ANSYS通用有限元程序进行模拟分析,选用20种不同截面和跨度的工字钢梁,并设置合适的模型参数对其进行模拟分析,共计算了540根钢梁。荷载作用形式分别为等值端部负弯矩和均布荷载同时作用、等值端部负弯矩和集中荷载同时作用。由模拟分析得到的临界荷载计算得到临界弯矩,并引入等效临界弯矩系数来考虑端部负弯矩对钢梁整体稳定性承载力的影响。分析结果表明,钢梁几何信息对等效临界弯矩系数的影响可以采用参数ξ来考虑;端部负弯矩的影响可以采用端部弯矩系数α来考虑。本文对等效临界弯矩系数βb与弯矩系数α和几何参数ξ的相关关系进行非线性回归,得到形式简单的回归公式。
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