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《浙江大学》 2005年
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工字梁腹板在局部承压和剪力作用下的弹性屈曲及极限承载力

任涛  
【摘要】:工字形截面梁在弯矩、剪力以及局部荷载单独或者联合作用下,腹板的部分板面会偏离原来的位置而发生波形凸曲。目前,吊车轮压荷载作用下工字梁腹板的局部屈曲鲜有研究,这主要是由于无法得到轮压荷载作用下承压应力在腹板内的分布规律。对于轮压荷载作用下工字梁腹板的承压应力计算,我国钢结构设计规范GB50017-2003比GBJ17-88更加偏离了国际上通行的计算方法,而这一方法实际上并未进行过研究。另外,目前研究工字梁腹板在局部荷载及剪力作用下的稳定时,都没有合理考虑翼缘的约束作用。本文采用有限元方法对包括吊车轮压荷载在内的局部荷载和剪力作用下工字梁腹板的弹性屈曲及极限承载力进行分析,以期合理考虑翼缘对腹板的约束作用。 本文首先对有轨道的工字梁在轮压荷载作用下腹板的局部承压应力进行了参数分析。影响承压应力分布的主要因素为腹板的厚度以及轨道的抗弯刚度,翼缘自身的抗弯刚度也有一定的影响;吊车梁的跨度和高度以及梁的支座条件都对其影响很小。采用经典的弹性地基梁理论解释了腹板局部压应力与腹板厚度以及轨道惯性矩间的关系,并在此基础上得到了等效承压长度的计算公式。还得到承压应力沿腹板高度及沿梁纵向的变化规律,提出了近似的计算公式。 采用有限元方法对局部荷载以及轮压荷载作用下不同边界条件的矩形板进行了分析,包括四边简支板、两边简支,两边固支板以及三边简支,一边固支的矩形板。得到了各种情况下矩形板屈曲系数的近似公式。 对局部荷载和轮压荷载作用下工字梁模型进行了特征值屈曲分析。通过引入与翼缘扭转刚度和腹板弯曲刚度的比值有关的参数,将翼缘对腹板的约束程度进行量化。通过大量计算得到了能考虑翼缘转动约束的腹板屈曲系数的近似计算公式。 分析了局部荷载作用在上翼缘时工字梁腹板的弹性屈曲系数,考虑了腹板宽高比、高厚比、荷载作用宽度等影响因素。在有限元分析结果的基础上,提出了建议公式。将计算得到的弹性屈曲系数代入已有的极限承载力公式,从而合理考虑了翼缘的约束作用。
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