曲梁的非线性稳定分析

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近年来,薄壁曲梁因其流线造型以及良好的受力特性,在桥梁工程和建筑工程中日益得到广泛的应用。但是,由于曲梁曲度的存在,导致了其力学特性的复杂性,目前尚缺乏对其复杂结构特性的全面、精确的分析,其应用仍受到较大的限制。对于薄壁直梁,其压缩、弯曲、翘曲的广义应力一应变关系式是相互独立的,其变形仅限于弯曲变形、扭转变形或弯扭变形。而对于薄壁曲梁,其弯曲、扭转、翘曲的几何方程则是相互耦合的,曲梁的变形大都是弯扭变形,纯弯或纯扭的变形是很少的。对于曲梁的失稳模式与其屈曲极限承载能力,一直是曲梁在应用中的一大问题。本文以工字形和箱形两种截面的圆弧形水平钢曲梁为对象,对其在各种情况下的失稳模式与其屈曲极限承载能力进行了研究。依据已建立的曲梁的非线性理论,主要针对双轴对称的工字形截面和箱形截面曲梁,利用ANSYS有限元分析方法建立了考虑几何、材料双重非线性的薄壁曲梁单元(本文采用体单元SOLID45),有限元分析采用增量-迭代计算方法,利用弧长法控制增量迭代过程对曲梁进行稳定分析计算。通过ANSYS有限元分析,我们得出下面几点结论:1、对于工字形水平曲梁,在竖向均匀荷载作用下,曲梁的变形是既弯又扭,在极限荷载作用下,构件破坏形式大多是弹塑性侧扭破坏。2、箱形截面水平钢曲梁的失稳是由梁端塑性区域的发展过大,致使构件的抗扭刚度降低造成的。
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