究思路混用钢号蜂窝梁的弯扭屈曲理论和弹塑性静力分析概述梁的弹性弯扭屈曲梁的弹塑性弯扭屈曲蜂窝梁弹性弯扭屈曲蜂窝梁相关刚度的取值蜂窝梁弹性弯扭屈曲临界弯矩钢板焊接混用钢梁的弹塑性静力分析上翼缘加强型钢板焊接混合蜂窝梁弹塑性静力分析各受力阶段特征弯矩表达式的确定混用钢号蜂窝梁试件的拟定翼缘板高厚比及腹板高厚比的限定跨径及高跨比的限定混用钢号蜂窝梁腹板和翼缘板强度组合本章小结混用钢号蜂窝梁的整体稳定性分析混用钢号蜂窝梁有限元模型的建立单元选择材料选择万方数据西安建筑科技大学硕士学位论文网格划分和边界条件缺陷的施加非线性分析有限元模型的验证型钢混合蜂窝梁的整体稳定性分析扩张比对型钢混合蜂窝梁的整体稳定性影响距高比对型钢混合蜂窝梁的整体稳定性影响组合形式对型钢混合蜂窝梁的整体稳定性影响钢板焊接混合蜂窝梁的整体稳定性分析上强下低组合形式对钢板焊接混合蜂窝梁的整体稳定性影响下强上低组合形式对钢板焊接混合蜂窝梁的整体稳定性影响上强下低组合与下强上低组合形式的对比焊接残余应力对蜂窝梁整体稳定性能的影响本章小结混用钢号蜂窝梁局部稳定性分析概述板的基本概念和小挠度理论单向非均匀受弯简支板的弹性屈曲均匀受剪简支板的弹性屈曲单向受弯开孔腹板的有限元分析有限元模型的建立与验证开孔腹板受弯屈曲的特征分析单波失稳和多波失稳的临界荷载比较开孔大小对屈曲临界荷载的影响单向受弯屈曲荷载回归公式翼缘对腹板的约束作用均匀受剪开孔腹板的有限元分析有限元模型的建立与验证单孔腹板均匀受剪分析双开孔腹板均匀受剪分析多个开孔腹板均匀受剪分析万方数据西安建筑科技大学硕士学位论文单波失稳和多波失稳的临界荷载比较开孔大小对屈曲临界荷载的影响开孔板的剪切屈曲系数腹板高厚比限值本章小结结论和展望结论展望参考文献研究生期间发表的论文致谢万方数据西安建筑科技大学硕士学位论文万方数据西安建筑科技大学硕士学位论文绪论课题背景蜂窝梁优良的性能，良好的经济效益以及美观的外形，使其在近年来工程中的应用越来越广泛。混用钢梁可以使不同钢材的材料性能得到充分发挥，而且能够减轻构件自重，降低工程造价，近年来关于混用钢梁的研究也越来越受重视。混用钢号蜂窝梁集二者的优越性于体，相对于普通均质蜂窝梁而言，其经济性和实用性更加明显，这样以来对它的研究就更具有意义。因此，本文选取了混用钢号蜂窝梁整体和局部稳定性这课题进行研究。蜂窝梁简介蜂窝梁是工字钢或热轧型钢腹板上按定的线形进行经切割组装焊接而成的空腹梁。具有自重轻承载力高经济美观方便等优点，它的截面高度为原型钢的倍，较大地提高了型钢梁的抗弯强度和刚度，它比实腹梁可节约钢材，蜂窝梁腹板的孔洞既美观又便于安设管道和电线，因此蜂窝梁在工程实际应用中具有很大的实用价值。其常见孔型主要有六边形孔圆孔长孔及矩形孔四种形式，另外还有八边形孔和椭圆形孔等些特殊孔型。同原来的实腹式钢梁相比，蜂窝梁有着更大的截面模量和抗弯刚度，却不增加重量。年，美国钢结构公司的总工程师通过对比三种不同使用条件下蜂窝梁和实腹梁的经济性能发现，使用蜂窝梁最高能节省的成本。混用钢梁简介混用钢梁是指依据受力状态和破坏模式，翼缘和腹板采用不同强度等级钢材焊接而成的钢梁。其中腹板采用强度等级低的钢材，翼缘板采用强度等级高的钢材，不同强度等级钢材的合理搭配可以使其自身的性能得到充分的发挥，从而能够降低构件的自重和工程的造价。近些年来，高性能钢材的出现和推广带动了多钢种混用钢梁这课题的创新和快速发展。目前美国对于混用钢梁的研究起步较早且研究比较深入，推广应用速度最快，欧洲国家对混用钢梁也越来越重视，研究文献逐渐增多。相对而言，国内对于混用钢梁的研究比较滞后，尚处于起步阶段。万方数据西安建筑科技大学硕士学位论文坐落于美国田纳西州马丁河的福特城桥，跨径，主梁负弯矩区采钢，其余部分仍采用钢，结果使用钢量节省，造价降低。混用钢号蜂窝梁的概念和加工制作方法本文选取了混用钢号蜂窝梁整体和局部稳定性这课题进行研究。其意指在于材尽其用，把不同强度等级的钢材布置在蜂窝梁最适宜的部位，使其得到最佳组合的搭配，从而使混用钢号蜂窝梁的经济性和实用性得到最大程度的发挥。文行了拟定，考虑了翼缘板和腹板的高厚比试件的跨径翼缘板和腹板的钢材搭配强度等因素。运用有限元软件建立混用钢号蜂窝梁的试件模型，并通过与试验数据和理论公式相对比的方法验证模型的有效性。选用和三种钢材进行混用钢号蜂窝梁的组合。对于型钢混合蜂窝梁，选用这两种强度的型钢进行组合对于钢板焊接混合蜂窝梁，腹板选用这两种强度的钢材，翼缘选用这三种强度的钢材进行组合。运用有限元软件建立混用钢号蜂窝梁试件模型，分析扩张比距高比和组合形式等因素对混用钢号蜂窝梁稳定极限承载力的影响。对比均质蜂窝梁和不同组合形式混用钢号蜂窝梁的稳定极限承载能力，综合考虑承载能力和经济性两方面因素，找出最优化组合形式，提出适用于混用钢号蜂窝梁的设计方法。运用分析焊接残余应力对蜂窝梁整体稳定性能的影响。局部稳定性的具体研究工作如下运用有限元软件分析未开孔四边简支薄板在单向受弯和均匀受剪作用下的稳定问题，将分析的结果与现有的薄板理论计算结果进行对比以验证有限元模型的有效性。运用有限元软件分析单向受弯开孔腹板的局部稳定性，观察其在不同孔况和孔洞数下的屈曲模态，分析开孔腹板的径高比和距高比对其弹性屈曲临界荷载的影响规律，利用薄板稳定理论中的公式反算出开孔腹板的屈曲系数，通过回归分析建立屈曲系数的表达式，并对表达式的有效性进行验证。运用有限元软件分析均匀受剪开孔腹板的局部稳定性，分析开孔腹板径高比和距高比对弹性屈曲临界荷载的影响规律，利用薄板稳定理论中的万方数据西安建筑科技大学硕士学位论文公式反算出开孔腹板的剪切屈曲系数，通过回归分析建立屈曲系数的表达式，并对表达式的有效性进行验证。给出开孔腹板在剪应力作用下高厚比的限值。万方数据西安建筑科技大学硕士学位论文混用钢号蜂窝梁的弯扭屈曲理论和弹塑性静力分析概述蜂窝梁与实腹梁的不同之处在于，蜂窝梁在腹板开孔之后，其腹板的各种截面特性都会受到影响，沿纵向的截面刚度不再恒定。然而对于规则开孔的蜂窝梁来说，腹板截面刚度的变化具有规律性和反复性，每个开孔单元的截面刚度都是恒定的。因此，从宏观上看蜂窝梁依然可以看成等刚度实腹梁。本章考虑了蜂窝梁腹板刚度消弱的情况，借鉴了实腹梁整体稳定性分析方法来进行混用钢号蜂窝梁的整体稳定性研究。梁的弹性弯扭屈曲如图所示两端作用等弯矩的简支梁，当值较小时，梁仅在弯矩作用平面内弯曲，但当逐渐增加到数值时，蜂窝梁将突然发生侧向弯曲和扭转，并丧失继续承载的能力，此现象称为梁的弯扭屈曲。图受弯构件的弯扭变形和受力两端等弯矩作用下梁弯扭屈曲的临界荷载值为跨中集中荷载作用下梁弯扭屈曲的临界荷载值为万方数据西安建筑科技大学硕士学位论文均布荷载作用下梁弯扭屈曲的临界荷载值为式中为截面剪心距上翼缘中面的距离。梁的弹塑性弯扭屈曲长细比较大的梁易发生弹性弯扭屈曲，长细比较小的梁则易发生非弹性弯扭屈曲，当梁发生非弹性弯扭屈曲时，截面上的部分纤维已经屈服，整个截面分为弹性区和塑性区。同弹性区相比较，塑性区材料的变形模量较小，从而降低了截面的各项有效刚度，使弯扭屈曲的临界弯矩值降低。同时，在分析梁的弹塑性稳定问题时，必须考虑残余应力的影响。残余应力对梁侧扭屈曲的影响主要有两点是由于残余应力的存在，使截面上提前出现塑性区，从而提前出现非弹性屈曲，加大了出现非弹性侧屈的范围二是降低了梁的非弹性侧屈临界荷载。对于梁的非弹性弯扭屈曲的解，主要通过以下三种方法求得当梁屈曲瞬间梁的弯曲应力超过比例极限时，采用相应于梁最大应力时的切线模量代替弹性侧屈理论公式中的弹性模量，从而得出非弹性侧扭屈曲临界应力的下限。这方法未考虑残余应力的影响，同时又与试验数据不尽符合，更由于不易得到而较难实际应用。假定梁的弹性和非弹性侧屈应力间的关系与柱的相同，从而利用柱子曲线可估算出梁的非弹性侧屈临界应力。我国以前的钢结构设计规范采用的此方法，这方法虽然简单，但并无严格的理论证明。采用大量试验来确定非弹性屈曲的临界应力曲线。这个方法的优点是所建立的关系中包含了初弯曲初偏心以及残余应力等各种缺陷的影响，可更准确的反映实际情况，但此方法需进行大量符合实际情况的试验研究。万方数据西安建筑科技大学硕士学位论文蜂窝梁弹性弯扭屈曲本节基于实腹梁的理论，通过求解蜂窝梁的各项相关刚度，推导出不同荷载作用类型下六边形孔蜂窝梁的弹性弯扭屈曲临界弯矩公式。蜂窝梁相关刚度的取值蜂窝梁的侧向抗弯刚度实腹梁的侧向抗弯刚度包括腹板部分和翼缘部分。同理，蜂窝梁的侧向抗弯刚度也可以有翼缘和腹板两部分组成，其中蜂窝梁的翼缘同实腹梁的翼缘相比没有改变，因此侧向抗弯刚度样。蜂窝梁腹板侧向刚度相对等高实腹梁腹板刚度的折减与孔洞的径高比和距高比有关。设蜂窝梁腹板部分的侧向抗弯刚度为，翼缘部分的侧向抗弯刚度为。图蜂窝梁个孔单元示意图如图所示，求解个孔单元的腹板绕轴惯性矩平均值，将蜂窝梁个孔单元腹板部分绕轴惯性矩分段积分再除以个单元腹板的长度可得由上式简化可得万方数据西安建筑科技大学硕士学位论文令为蜂窝梁腹板侧向抗弯刚度折减系数，其中为蜂窝梁腹板侧向抗弯刚度，为相同截面尺寸实腹梁腹板侧向抗弯刚度。则蜂窝梁的侧向抗弯刚度可以写为蜂窝梁自由扭转刚度的计算公式双轴对称实腹工字梁截面的自由扭转刚度为由于蜂窝梁腹板开洞，需要考虑孔洞消弱的影响，应乘以折减系数。蜂窝梁的自由扭转刚度表示为蜂窝梁翘曲刚度的计算公式双轴对称实腹工字梁截面的翘曲刚度为式中，翘曲刚度与侧向抗弯刚度有关，参照上述蜂窝梁侧向抗弯刚度的取法，引入腹板侧向抗弯刚度，则蜂窝梁的翘曲刚度可以写成蜂窝梁弹性弯扭屈曲临界弯矩将上小结求