工字形梁畸变屈曲地研究概述.pdfVIP

钢结构工程研究⑩ 《钢结构》2014增刊 工字形梁畸变屈曲的研究概述1 张增增张壮南王元鸷 (沈阳建筑大学土木工程学院，沈阳110168) 提要：有关梁局部屈曲和弯扭屈曲性能的研究已基本成熟。随着研究的深入，国外学者提出一种新的屈 曲形式——畸变屈曲，又可称之为侧向畸变屈曲(LDB)和约束畸变屈曲(RDB)。翼缘宽厚比较小、腹 板高宽比较大的中等跨度梁易发生畸变屈曲。本文介绍了国内外学者有关工字形梁畸变屈曲性能研究的成 果，分析表明现有研究多针对于单跨粱、荷载作用于质心、负弯矩作用等情况，尚未建立可适用于设计用 的计算公式。针对不足提出了需解决的关键问题，可供今后的相关研究参考。 关键字：工字形梁；侧向畸变屈曲；约束畸变屈曲 1．前言 畸变屈曲是介于弯扭屈曲和局部屈曲两种失效模式之间的屈曲形式‘11。常用工字形梁 的翼缘宽厚比相对较小，因此翼缘畸变的可能性不大，可以忽略，所以对于普通工字形钢 梁而言，畸变屈曲是指梁弯扭屈曲并伴有腹板畸变。 ·：，◆· ÷ 变形前 一变形前 变形后 ．．．．．变形后 倒1侧向畸变屈曲 图2约束畸变屈曲 通过以往的研究发现，腹板畸变对腹板无加劲肋的细长板梁的影响比截面高宽比相对 较小的热轧工字形梁更显著。当梁承受正弯矩上翼缘受压时如图1或钢一混凝土组合梁承 受负弯矩下翼缘受压时如2所示，腹板畸变对梁的屈曲影响十分突出。首先，腹板畸变时 降低了截面的有效扭转刚度；其次，在畸变屈曲时上、下平行的翼缘产生相对扭转角；最 后，对于双轴对称的工字形截面在屈曲后将变成非对称截面。综上所述，梁发生弹性畸变 基金项目：国家自然科学基金(No 钢结构工程研究⑩ 《钢结构》2014增刊 屈曲的临界荷载(只rd)可能会低于其发生弹性弯扭屈曲的l临界荷载。由此可见，畸变屈曲 的失稳模态是不容忽视的。 我国目前对于工字形梁畸变屈曲的研究还不成熟，对于畸变失稳，常采用添加侧向支 撑的构造措施来保证其稳定性，国内尚无得出适用畸变屈曲的稳定承载力计算公式，因此， 有必要开展这一方面的研究。本文对国内外的专家学者关于工字形梁畸变届曲的研究做了 总结归纳，为后续侧向畸变屈曲的研究提供借鉴。 国内外在该方向的研究现状 目前，对工字梁畸变屈曲分析一般采用数值方法或简化理论方法。数值方法主要包括 有限条方法和有限元方法，常用于构件屈曲参数分析和非弹性屈曲分析。简化理论方法主 要包括弹性地基压杆方法和能量方法，通常用于构件弹性屈曲分析。 其中组合连续梁负弯矩约束畸变屈曲的研究，主要有两个方向：一是基本的弹性地基 梁模型，将腹板的侧向约束作用等效为弹性支承，以下翼缘在侧向弹性支承上的弹性临界 轴力来计算组合梁的临界弯矩。二是以欧洲规范EC4为代表的建立倒U型框架，使用能量 变分原理来求得临界荷载，各国的规范大多基于这两种模型口J。 基础上，得到r考虑轴力分布不同的四阶变系数常微分方程，如下： 塞+Ⅱ：天壶(N(D詈)+(pL)～=0 式中，E=：，B=一0孚L，c为弹性地基约束刚度∞】 二十世纪七十年代，弹性地基压杆模型首先用于瑞典轻钢规范作为组合梁约束畸变屈 曲的分析方法【6‘7】。该模型曾一度得到较多国外学者们的研究，但是该模型仅适用于组合梁 复杂荷载下的约束畸变屈曲问题，而且计算精度也往往不能保证，因为压杆模型通常很难 合理考虑弯矩梯度以及腹板失稳影响。虽然该方法不适用的侧向畸变屈曲，但为于工字形 梁的研究受到了启发。 NicholasS．Tarhair，Hnacock．GJ．MakrA．Brdaofrd等澳大利亚悉尼大学和新南威尔士 大学的研究人员，一直从事组合梁相关理论