不同孔况下蜂窝梁的整体稳定分析

论文摘要

蜂窝梁是工字钢或热轧H型钢腹板上按一定的线形进行经切割、组装、焊接而成的空腹梁。蜂窝梁具有自重轻、承载力高、经济、美观、方便等优点,它的截面高度为同原型钢的1.3～1.6倍,因而较大地提高了型钢梁的抗弯强度和刚度。它比实腹梁可节约钢材25%～50%,节省油漆和安装运输费用15%～34.6%。蜂窝梁腹板的孔洞既美观又便于安设管道和电线,因此蜂窝梁在工程实际应用中具有很大的实用价值,正得到越来越广泛的应用。钢梁的稳定性是决定其承载力的一个重要因素。钢梁的稳定性包括平面内的弯曲失稳和平面外的弯扭失稳。若不能提供足够的侧向支撑,往往会先发生平面外的弯扭屈曲。蜂窝梁由于腹板开孔,相对等高度实腹梁其侧向刚度被削弱,在荷载作用下更容易发生整体失稳或局部失稳的情况。本文以能量法为基础,理论分析为补充,将相同孔高的六边形孔和圆孔蜂窝梁的整体稳定进行分析研究对比。研究蜂窝梁在两端等弯矩、横向集中荷载和横向均布荷载三种特殊荷载作用下的弹性弯扭屈曲。同时通过体积和惯性矩相等原则,推导出蜂窝梁弯扭屈曲分析的相关等效刚度。本文通过有限元分析软件ANSYS进行实例计算后与公式的计算结果进行对比分析,以验证理论计算的准确性,并分析出误差产生的原因。本文还拟合了圆孔蜂窝梁转化为六边形蜂窝梁临界弯矩的转化等效系数的回归公式。为我国钢结构设计规范制定蜂窝梁的整体稳定公式提供了参考,同时对实际工程也有一定的价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪 论
• 1.1 引言
• 1.2 蜂窝梁的特点及应用
• 1.2.1 蜂窝梁的特点
• 1.2.2 蜂窝梁在国内外的应用
• 1.3 蜂窝梁的制作
• 1.3.1 六边形孔蜂窝梁的制作
• 1.3.2 圆孔蜂窝梁的制作
• 1.3.3 蜂窝梁的制作工艺
• 1.4 蜂窝梁的研究历史与现状
• 1.4.1 蜂窝梁的国外研究历史与现状
• 1.4.2 蜂窝梁的国内研究历史与现状
• 1.4.3 蜂窝梁的主要研究方法
• 1.5 蜂窝梁的整体稳定性分析有待解决的问题
• 1.6 本文研究的主要内容
• 第2章 不同孔况下蜂窝梁的弹性弯扭屈曲理论分析
• 2.1 概述
• 2.1.1 平衡法
• 2.1.2 能量法
• 2.1.3 弹性分析的基本假定
• 2.2 弹性弯扭屈曲临界荷载的公式推导
• 2.2.1 梁的弯扭屈曲应变能
• 2.2.2 梁的弯扭屈曲外力势能
• 2.2.3 弹性弯扭屈曲临界荷载的求解
• 2.3 蜂窝梁弯扭屈曲分析的相关刚度取值
• 2.3.1 等效侧向抗弯刚度
• 2.3.2 等效自由扭转刚度
• 2.3.3 等效翘曲刚度
• 2.4 本章小结
• 第3章 不同孔况下蜂窝梁的有限元分析
• 3.1 不同孔况下蜂窝梁的有限元模型
• 3.1.1 单元类型的选择
• 3.1.2 材料的本构关系
• 3.1.3 模型的网格划分
• 3.1.4 边界条件
• 3.2 有限元模型校核
• 3.3 不同孔况下蜂窝梁的有限元分析
• 3.3.1 六边形孔蜂窝梁弯扭屈曲的有限元分析
• 3.3.2 圆孔蜂窝梁弯扭屈曲的有限元分析
• 3.3.3 有限元计算结果对比及总结分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 圆孔蜂窝梁的整体稳定简化设计公式
• 4.1 回归分析概述
• 4.2 多元线性回归分析
• 4.3 最小二乘法原理
• 4.4 圆孔蜂窝梁简化为六边形孔蜂窝梁的整体稳定设计公式
• 4.4.1 圆孔蜂窝梁弯扭屈曲临界荷载值的等效系数
• 4.4.2 等效系数的回归拟合
• 4.4.3 圆孔蜂窝梁简化为六边形孔蜂窝梁的整体稳定设计公式
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢