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轻钢门式刚架结构具有造型轻巧、施工快捷、经济效益高等许多优点,是目前应用最为广泛的轻型钢结构形式之一,稳定问题始终是钢结构应用过程中最为突出的问题,因此对不同腹板屈曲形式下轻钢门式刚架整体极限承载力的研究,具有现实应用价值。
本文采用有限元分析软件ANSYS,对不同腹板屈曲形式下轻钢门式刚架整体极限承载力进行几何、材料双重非线性分析。首先介绍了稳定的概念及求解稳定的方法、几何非线性和材料非线性的有限元分析方法以及非线性有限元方程组的解法。接着介绍了有限元软件ANSYS 用于分析刚架极限承载力的两种屈曲分析模型,并对这两种分析类型的计算结果作了比较,结果显示非线性屈曲分析更符合实际,从而确定了适用于本文的屈曲分析类型为非线性屈曲分析。接着,使用有限元软件ANSYS 对不同腹板屈曲形式
1.柱腹板屈曲,梁腹板不屈曲;
2.梁腹板屈曲,柱腹板不屈曲;
3.梁柱腹板皆屈曲)下门式刚架进行材料、几何双重非线性分析,分析影响门式刚架极限承载力的主要因素,如斜梁面外约束、水平荷载、腹板高厚比、翼缘宽厚比、高跨比、斜梁坡度等对门式刚架整体极限承载力的影响,量化各关键参数对刚架整体极限承载力的影响,以指导工程设计;将同参数、不同腹板屈曲形式下刚架极限承载力的计算结果进行了对比,分析了不同腹板屈曲形式对刚架极限承载力的影响;对门式刚架的整个失稳破坏过程进行详细的跟踪分析,并通过等效应力云图形象的展示门式刚架失稳的全过程。
研究结果表明:腹板在局部屈曲后强度很高,可以加以利用;工程范围内,斜梁面外约束的部位、水平荷载对刚架极限承载力的影响较小,可以忽略不计;柱腹板高厚比在80~135 范围内,梁腹板高厚比在80~180 范围内,梁柱腹板高厚比在80~200 范围内,对刚架极限承载力影响较大;增加翼缘厚度可以有效提高腹板屈曲后的强度,其宽厚比在7.71~15.43 范围内,对刚架极限承载力影响较大;高跨比(高度变化)在1/18~5/36 范围内变化时对刚架极限承载力的影响较大,而高跨比(跨度变化)在1/12~1/8 范围内变化时对刚架极限承载力的影响相对较小;斜梁坡度在1/24~1/8范围内,刚架极限承载力基本不受影响。总体上梁柱腹板皆屈曲时刚架极限承载力最大,梁腹板屈曲时刚架极限承载力次之,而柱腹板屈曲时刚架极限承载力最小,实际工程中应优先利用梁柱腹板屈曲后强度,一定情况下确保柱腹板不屈曲,而仅利用梁腹板屈曲后强度。