楔形變截面構件的平面外彈塑性穩(wěn)定研究.pdf

1、變截面構件在門式剛架廠房中的應用非常廣泛,而平面外彎扭失穩(wěn)是薄壁構件主要的失穩(wěn)模式,比單獨的彎曲失穩(wěn)和扭轉失穩(wěn)要復雜得多?！堕T式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》(CECS102:2002)中對變截面壓彎構件的平面外穩(wěn)定驗算存在著不少問題,相關公式中軸力項取小端的內力及其截面性質,彎矩項取大端的內力及其截面性質,當楔形變截面柱退化成等截面柱時,“規(guī)程”(CECS102:2002)中的公式不能退化成《鋼結構規(guī)范》(GB50017-2003)中的

2、公式,造成規(guī)范之間不協(xié)調。對于梁的整體穩(wěn)定系數(shù)則是來源于彈性臨界彎矩公式,再進行必須的彈塑性折減,而實際受彎構件因存在初始缺陷,殘余應力等影響,彎扭失穩(wěn)已經(jīng)不再是分岔屈曲問題,而是極值點失穩(wěn)問題。另外,國內外規(guī)范對彎矩線性變化梁的整體穩(wěn)定系數(shù)的計算采用不同的思路和方法,存在著較大爭議,無法協(xié)調各個專家學者的意見。即使對等截面構件,目前的平面外穩(wěn)定計算公式也還是有改進的余地,例如,在M小/M大=-1時,βtx=0.3,對彎矩折減很大,此時

3、軸力大時平面外穩(wěn)定公式起控制作用;而彎矩大時,強度公式起控制作用。
　　 本文主要對變截面構件的平面外彈塑性穩(wěn)定進行研究。首先,在已有研究的基礎上,根據(jù)經(jīng)典薄壁理論,推導了變截面壓彎構件的總應變能公式,在推導時,考慮了軸力和彎矩兩項,并在推導的整個過程中都考慮變截面構件單軸對稱時剪心軸和形心軸夾角αcs的影響,不僅適用于雙軸對稱變截面也適用于單軸對稱變截面。其次,利用有限單元法對總應變能公式進行剛度矩陣的推導,并利用Ansys有

4、限元程序進行算例分析,來驗證本文理論的正確性。除此之外,本文的重點在于對變截面梁和變截面壓彎桿的平面外彈塑性研究,變截面梁受不等彎矩作用,取小端截面和大端截面的最大應力比值分別為-1.0、-0.5、0、0.5和1.0,考慮構件本身的初始缺陷和兩種殘余應力模式,通過Ansys分析的結果擬合得到精度較高的整體穩(wěn)定系數(shù)公式,同樣,對變截面壓彎桿進行類似的彈塑性分析,通過對大量算例的計算數(shù)據(jù),提出一種光滑的軸力.彎矩相關作用曲線,得到新的平面外