局部变截面钢柱的稳定性能研究.pdf免费

钢结构工程研究⑧ 《钢结构》2010增刊 局部变截面钢柱的稳定性能研究 叶智武王飞廖冰郭小农罗永峰 (同济大学土木工程学院建筑工程系上海200092) 提要：本文对一实际单层厂房中的局部变截面H型钢柱的受力性能及其失效机理进行研究。采用板壳 单元离散并模拟局部变截面H型柱的壁板，同时考虑构件的初始缺陷、材料非线性、几何非线性等因素 的影响，运用ANSYS软件，分析及比较了未设加劲肋及设加劲肋两种截面的稳定性态，并分析了加劲肋对H 型钢柱板件局部屈曲和构件极限荷载的影响，根据数值分析的结果，提出了改善构件构造形式的建议。 关键词：变截面柱；局部屈曲；极限承载力 1．工程概况 构，楼面为压型钢板混凝土楼板。设计钢柱截面采用局部变截面H型钢，期望达到减轻结 构自重，降低成本的目的。然而，由于钢柱截面尺寸的变化，翼缘板无法直线传力，可能 导致翼缘或腹板的屈曲，为此，需要了解局部变截面处钢柱的内力分布以及变形趋势，进 而了解变截面钢柱的安全性。 本文应用ANSYS有限元分析软件，研究局部变截面柱的受力性能，分析此局部变截 面钢构件的局部屈曲特性，分析其极限承载能力，为加固改进提供建议。 2．结构受力分析 1)计算模型 截面处的力学特征，建立计算模型时，设置上柱段长度为0．4m，下柱段长度根据实际构造 取O．15m。根据工程实际≯下柱段为梁柱节点，不考虑梁柱节点对此构件的影响，将模型 的下端边界条件设为固接；由于减少了上柱段的实际长度，可以将上柱段的边界条件取为 限制构件的侧移和转动，只允许构件轴向的位移。 在实际结构构造中，在变截面处并未设置加劲肋，为此，本文建立了一个未设置加劲 肋的模型(图2．1a)。另外，为了对该钢柱进行加固，本文在变截面处设置加劲肋，并建立 了一个设置有加劲肋的模型(图2．1b)，用来考察加劲肋对结构的承载力的影响，并对两种 构造条件下的力学特征进行比较。 513 钢结构I程qf究⑧ 《钢结缃》2010埔H (a)^m*∞■ (b)自m∞M#g I*2l目nlI#g 2)线性屈曲分析 分析构件的线性屈曲模态，r，J以定盹的判断构什的屈曲位置和屈曲甜载，了解结构剧 曲分析的变形模式，此屈曲衙城可以作为理想结构弹塑性扮析的E限值，为后面的结构分 析提供数值依据。在ANSYS分析一}·，对构件模型施加轴向压力，采用分块兰索j9i法进行 了屈曲模态分析，得到的前五阶屈曲系数列于表2l，构件的前五阶屈曲模态示于图2．2。 1 2ZⅫm∞#WⅫ∞§≈≈§女 鼎曲横态 l 2 3 4 5 从图2．2中可以看如，无加劲肋模型的第阶届帅中，翼缘和腹扳均发生局部屈曲，翼 缘有两个半波，腹板只有一个、r波，肺有加劲肋模型的腹扳承l翼缘都只有‘个半波。在屈 曲模态变形矧中，构件设置J』u劲肋后，局部变截而处的坐形很小，几乎为零，说明加劲肋 对构件的变形等起到了约束作丌]。 (8)tⅫ自m镕一阶《卷目gd2．2日个模§∞Ⅷ∞m$目(b)☆Ⅲ∞肪*m《奋目 钢结构工程研究@ {钢结构》20lO增刊 3)非线性稳定分析 在ANSYS程序中，建立了加劲肋和无加劲肋的构件模型，根据之前已经做过的线性 届曲分析，得出了各模型的屈曲模态。在此基础卜，对结构施加初始缺陷(几何非线性和 材料非线性)。并分别对模型进行有限元分析。 33l几何非线性的弹性稳定分析 台于薄板结构的非线性分析。本模型采用SHELLl43单元来进行屈曲分析，qr以很好的模 拟工字型钢翼缘和腹板等板件在屈曲时的模态。 取柱子长度的1／1000为初始缺陷．本工程中选