高频焊接薄壁H型钢梁的稳定性研究

论文摘要

高频焊接薄壁H型钢由工厂制作完成,其焊接残余应力极小,并且具有板件薄、截面易展开、抗弯刚度大、两主轴方向的惯性矩比较接近以及翼缘平直易于连接等优点,因而广泛应用于建筑屋面梁及檩条。它除了能提高钢结构构件的侧向刚度和平面外稳定性外,还兼有薄壁钢结构所具有的在相同重量下抗弯和抗压承载能力比普通钢结构大很多的特点,即在截面抵抗矩相近的条件下,比热轧H,工,槽型钢节约钢材约15%-30%。随着钢材和轻合金材料强度的日益提高,进一步促进了结构构件向薄壁方向发展,其理论和应用技术也不断向前发展。由于结构的多样性与复杂性,使得薄壁构件的极限承载能力大多由稳定条件控制,稳定计算比强度计算显得更为重要。因此,薄壁构件的稳定问题也越来越成为研究人员关注的焦点。对于普通焊接或扎制H形截面梁,为保证梁翼缘的局部稳定,现行《钢结构设计规范》GB50017-2003在4.3.8节中规定翼缘自由外伸宽度与其厚度之比,应符合下式要求：b/t≤13（?）（弹塑性设计时）,15（?）（弹性设计时）。中华人民共和国建筑工业行业标准《结构用高频焊接薄壁型钢》（JG/T137—2001）中,高频焊接H型钢的截面形式有45种,其中有部分截面的翼缘宽厚比超过了《钢结构设计规范》GB50017-2003的要求,这些高频焊接H型钢受弯构件在荷载作用下可能发生局部失稳,在进行整体稳定计算时,使得现行钢结构设计规范不再适用。本文以高频焊接薄壁H型钢为研究对象,运用ANSYS有限元软件,考虑板件局部稳定对整体稳定的影响,分别研究了简支条件下纯弯曲作用和横向均布荷载作用下梁的弹性屈曲问题,得出高频焊接H型钢梁的弹性整体稳定系数,并与钢结构规范中计算值进行对比分析；另外在弹性分析中对高频焊接薄壁H型钢梁的经济性进行了分析研究；最后,在记入初始缺陷的条件下,研究了高频焊接薄壁H型钢梁的稳定极限承载力,进一步对比分析高频焊接H型钢梁与普通H型钢梁的经济性,为高频焊接薄壁H型钢的工程应用提出了设计建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 高频焊接简介
• 1.1.1 高频焊接基础理论
• 1.1.2 高频焊接的特点
• 1.2 高频焊接薄壁H型钢简介
• 1.3 高频焊接薄壁H型钢的应用范围
• 1.3.1 高频焊接H型钢在发展钢结构住宅结构体系中的独特优越性
• 1.3.2 高频焊接H型钢作为钢结构建筑屋面檩条的独特优势
• 1.4 高频焊接薄壁H型钢的发展情况和研究现状
• 1.5 有关焊接梁构件残余应力国内外研究现状
• 1.6 本文进行的主要工作和研究意义
• 第二章 钢结构稳定理论
• 2.1 稳定的概念
• 2.2 稳定问题的特点
• 2.2.1 多样性
• 2.2.2 整体性
• 2.2.3 相关性
• 2.3 梁构件的稳定理论
• 2.3.1 梁的弹性弯扭失稳
• 2.3.2 梁的弹塑性弯扭失稳
• 第三章 ANSYS有限元分析方法简介
• 3.1 ANSYS软件简介
• 3.2 ANSYS典型分析的基本过程
• 3.3 特征值屈曲分析和特征值屈曲分析的基础
• 3.4 非线性分析
• 3.4.1 几何非线性
• 3.4.2 材料非线性
• 3.4.3 有限元非线性分析的一般方法
• 第四章 高频焊接薄壁H型钢梁的弹性有限元分析
• 4.1 高频焊接薄壁H型钢模型的建立
• 4.1.1 单元类型选取和介绍
• 4.1.2 模型的材料属性
• 4.1.3 建模方法
• 4.1.4 模型的约束和加载情况
• 4.2 特征值屈曲分析分析过程和结果
• 4.2.1 高频焊接薄壁H型钢梁有限元模型检验
• 4.2.2 高频焊接薄壁H钢梁的局部稳定性研究
• 4.2.3 高频焊接薄壁H型钢梁的弹性整体稳定系数研究
• 4.2.4 高频焊接薄壁H型钢梁与普通H型钢梁屈曲荷载对比分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 高频焊接薄壁H型钢梁的弹塑性有限元分析
• 5.1 初弯曲对高频焊接薄壁H型钢梁整体稳定系数的影响
• 5.2 高频焊接H型钢梁与普通H型钢梁的极限承载力比较
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论和张望
• 6.1 本文结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A:（攻读硕士学位期间发表的论文）
• 附录B:（ANSYS的APDL源程序）