楔形变截面柱平面内稳定极限承载力分析

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门式刚架轻型钢结构具有施工简便周期短、建筑造型美观、钢材用量少、造价较低等众多优势,被广泛应用于单层工业厂房、仓库、超市、公共及民用建筑等建筑工程中。随着轻型钢结构的应用日益广泛,楔形构件因其受力合理也大量出现在该类结构中。  本论文以门式刚架中楔形变截面工字型柱作为研究对象,应用计算机ANSYS有限元分析软件对楔形变截面工字形柱进行数值模拟,比较了不同荷载偏心距、翼缘宽厚比、腹板宽厚比、楔率、构件长细比条件下平面内稳定承载力的差异。按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)中有效截面法计算了稳定极限承载力,并将其计算结果与ANSYS有限元分析结果进行了分析比较。  本文主要包括四个部分的内容:  第一部分查阅了不同规范中关于楔形变截面柱平面内稳定极限承载力的相关规定,充分了解了现有研究状况,总结了国内外现有关于该方面的研究方法,归纳对比了该研究方向的研究方法、规范规定及计算公式。  第二部分楔形变截面柱平面内稳定极限承载力理论研究。分析了楔形变截面柱的受力特点、破坏模式,考虑初始几何缺陷及残余应力的影响,探讨了荷载偏心距、翼缘宽厚比、腹板宽厚比、楔率、构件长细比对楔形柱平面内稳定极限承载力的影响规律。  第三部分建立楔形变截面柱的力学模型,运用ANSYS通用有限元程序中可以考虑板件局部屈曲的板壳单元SHELL181进行了数值分析,对楔形变截面柱平面内稳定极限承载力的计算分析进行了研究。  第四部分结合实例分析总结计算结果。结合ANSYS分析实例,分析对比在不同的荷载偏心距、翼缘宽厚比、腹板宽厚比、楔率、构件长细比条件下楔形变截面柱的破坏模式,比较其影响程度的大小,并按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中有效截面法计算了稳定极限承载力,将其计算结果与ANSYS有限元分析结果进行了分析比较。  通过对比分析得知,《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》结果偏于安全,ANSYS有限元分析结果计算精度更高,也更具有经济性,可为楔形变截面柱平面内稳定承载力分析提供一定参考。
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