短深钢梁力学性能及设计方法研究
发布时间：2023-05-19 23:05
本文的主要研究对象“短深钢梁”源于塔式锅炉钢架中悬吊锅炉的焊接工字型截面大板梁,这类钢梁跨度一般超过40米,截面高度可达810米,跨高比仅在5左右,主要承受集中力作用,是一般工程结构中较少出现的。结合该类钢梁的体型与受力特征,本文将跨高比小于10且剪力比大于0.5的钢梁构件称为“短深钢梁”。对于钢梁来说,更高的截面可以更有效地发挥材料性能,但也产生了新的问题。由于钢梁承受弯矩和剪力的共同作用,且腹板高厚比较大,在设计中必须考虑局部稳定性对钢梁整体性能的影响。另外,短深钢梁突破了传统薄壁构件截面尺寸远小于构件长度(跨高比大于10)的特点,剪切变形对其力学性能的影响十分显著。本文针对这两个关键问题,分别从试验研究、理论分析和设计方法探讨三个角度对短深钢梁开展研究。具体工作如下:首先,对各国现行规范中的截面分类方法进行综述,指出现有规范对板件相互作用及局部-整体相关作用考虑的不足,且存在剪力比小于0.5的适用范围,无法有效应用于短深钢梁。基于构件延性概念的分类方法相对更加合理,但由于构件延性本身计算复杂,不利于实际应用。本文通过提出基于破坏模式的构件分类方法,在弥补上述...
【文章页数】：176 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号表
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 受弯构件的分类设计方法概述
1.2.1 受弯构件的延性
1.2.2 基于延性的分类设计研究
1.2.3 各国规范分类设计方法对比和讨论
1.2.4 主要问题和研究现状
1.3 梁理论研究现状概述
1.3.1 经典梁理论
1.3.2 高阶梁理论
1.3.3 广义梁理论
1.4 本文主要研究内容
第二章 短深钢梁试验
2.1 试验目的
2.2 试验设计
2.2.1 工况选取
2.2.2 材性试验
2.2.3 试件设计
2.2.4 加载与监测
2.3 试验过程
2.3.1 试验记录
2.3.2 数据分析
2.4 破坏模式归纳
2.4.1 弹塑性整体失稳破坏
2.4.2 腹板局部失稳破坏
2.5 承载力分析
2.6 本章小结
第三章 基于破坏模式的钢梁分类设计
3.1 受弯构件的基本工况
3.1.1 实际结构中的构件工况
3.1.2 基本工况分析
3.2 钢梁的破坏模式
3.2.1 钢梁试验现象总结
3.2.2 受压翼缘承载力
3.2.3 塑性区长度
3.3 钢梁的截面分类
3.3.1 翼缘宽厚比限值
3.3.2 腹板高厚比限值
3.3.3 截面分类方法
3.4 钢梁的构件分类
3.4.1 非线性有限元屈曲分析
3.4.2 模型验证
3.4.3 参数选取
3.4.4 基于破坏模式的构件分类
3.4.5 基于承载力的构件分类
3.4.6 构件分类建议
3.5 基于塑性区法的构件延性计算
3.5.1 塑性区法原理
3.5.2 相关屈曲作用
3.5.3 短深大板梁试件延性计算校核
3.6 构件设计方法建议
3.7 本章小结
第四章 考虑剪切变形的广义梁理论及其应用
4.1 传统广义梁理论
4.1.1 传统广义梁理论基本方程
4.1.2 剪切变形的考虑
4.2 双轴对称工字型截面GBT模态分解
4.2.1 截面位移场
4.2.2 自然变形模态空间基矢
4.2.3 局部变形模态空间基矢
4.2.4 模态正交化
4.2.5 模态分解示例
4.3 非线性GBT有限元方程
4.3.1 插值函数
4.3.2 平衡方程弱形式
4.4 有限元算例分析
4.4.1 有限元模型建立
4.4.2 模型验证及应用示例
4.4.3 短深钢梁试验模拟分析
4.4.4 模态参与度算例分析
4.5 本章小结
第五章 叠合梁试验与设计方法研究
5.1 叠合梁工程背景与研究意义
5.2 叠合梁对比试验
5.2.1 试验设计
5.2.2 加载过程及破坏模式
5.2.3 承载力对比
5.3 叠合梁内力分析
5.3.1 计算叠合梁内力的力法方程
5.3.2 简化方法
5.3.3 应力分布及承载力计算
5.4 结果对比
5.4.1 内力计算
5.4.2 设计方法校核
5.5 本章小结
第六章 总结
6.1 本文主要工作
6.2 问题及展望
参考文献
攻读博士学位期间已发表或录用的论文
攻读博士学位期间参与的科研项目
致谢
本文编号：3820053
【文章页数】：176 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号表
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 受弯构件的分类设计方法概述
1.2.1 受弯构件的延性
1.2.2 基于延性的分类设计研究
1.2.3 各国规范分类设计方法对比和讨论
1.2.4 主要问题和研究现状
1.3 梁理论研究现状概述
1.3.1 经典梁理论
1.3.2 高阶梁理论
1.3.3 广义梁理论
1.4 本文主要研究内容
第二章 短深钢梁试验
2.1 试验目的
2.2 试验设计
2.2.1 工况选取
2.2.2 材性试验
2.2.3 试件设计
2.2.4 加载与监测
2.3 试验过程
2.3.1 试验记录
2.3.2 数据分析
2.4 破坏模式归纳
2.4.1 弹塑性整体失稳破坏
2.4.2 腹板局部失稳破坏
2.5 承载力分析
2.6 本章小结
第三章 基于破坏模式的钢梁分类设计
3.1 受弯构件的基本工况
3.1.1 实际结构中的构件工况
3.1.2 基本工况分析
3.2 钢梁的破坏模式
3.2.1 钢梁试验现象总结
3.2.2 受压翼缘承载力
3.2.3 塑性区长度
3.3 钢梁的截面分类
3.3.1 翼缘宽厚比限值
3.3.2 腹板高厚比限值
3.3.3 截面分类方法
3.4 钢梁的构件分类
3.4.1 非线性有限元屈曲分析
3.4.2 模型验证
3.4.3 参数选取
3.4.4 基于破坏模式的构件分类
3.4.5 基于承载力的构件分类
3.4.6 构件分类建议
3.5 基于塑性区法的构件延性计算
3.5.1 塑性区法原理
3.5.2 相关屈曲作用
3.5.3 短深大板梁试件延性计算校核
3.6 构件设计方法建议
3.7 本章小结
第四章 考虑剪切变形的广义梁理论及其应用
4.1 传统广义梁理论
4.1.1 传统广义梁理论基本方程
4.1.2 剪切变形的考虑
4.2 双轴对称工字型截面GBT模态分解
4.2.1 截面位移场
4.2.2 自然变形模态空间基矢
4.2.3 局部变形模态空间基矢
4.2.4 模态正交化
4.2.5 模态分解示例
4.3 非线性GBT有限元方程
4.3.1 插值函数
4.3.2 平衡方程弱形式
4.4 有限元算例分析
4.4.1 有限元模型建立
4.4.2 模型验证及应用示例
4.4.3 短深钢梁试验模拟分析
4.4.4 模态参与度算例分析
4.5 本章小结
第五章 叠合梁试验与设计方法研究
5.1 叠合梁工程背景与研究意义
5.2 叠合梁对比试验
5.2.1 试验设计
5.2.2 加载过程及破坏模式
5.2.3 承载力对比
5.3 叠合梁内力分析
5.3.1 计算叠合梁内力的力法方程
5.3.2 简化方法
5.3.3 应力分布及承载力计算
5.4 结果对比
5.4.1 内力计算
5.4.2 设计方法校核
5.5 本章小结
第六章 总结
6.1 本文主要工作
6.2 问题及展望
参考文献
攻读博士学位期间已发表或录用的论文
攻读博士学位期间参与的科研项目
致谢
本文编号：3820053
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