【摘要】：對于現(xiàn)代社會而言,建筑結(jié)構(gòu)逐步向著大跨度、大高度的方向發(fā)展,鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)是目前使用范圍較為廣泛且具有良好發(fā)展前景的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。鋼管混凝土翼緣工字形梁是一種新型的組合構(gòu)件形式,其截面具有較高抗彎剛度以及抗扭剛度,可提高構(gòu)件強(qiáng)度和平面外穩(wěn)定性,此外鋼管混凝土翼緣的存在一定程度上降低了腹板的高度,腹板的高厚比較小,對抗剪也是有利的。鋼管混凝土翼緣工字形梁由鋼材和混凝土兩種不同材料組成,在組成形式上又可以看作是開口-閉口-實體部件的組合,這使得其相關(guān)的理論研究變得更為復(fù)雜,且不能套用現(xiàn)有的理論公式。目前關(guān)于鋼管混凝土翼緣工字形梁組合扭轉(zhuǎn)和彎扭屈曲的理論研究更是極少見到,而解決其扭轉(zhuǎn)問題更是解決彎扭屈曲問題的必要前提。本文依據(jù)張文福教授提出的板—梁理論思想,從鋼管混凝土構(gòu)件自由扭轉(zhuǎn)問題入手,對雙軸、單軸對稱鋼管混凝土翼緣工字形梁組合扭轉(zhuǎn)與彎扭屈曲問題進(jìn)行理論研究,并利用有限元方法驗證理論推導(dǎo)的正確性。本文的主要研究內(nèi)容有:(1)基于板—梁理論,對鋼管混凝土梁自由扭轉(zhuǎn)問題進(jìn)行理論分析,給出方形、矩形鋼管混凝土梁自由扭轉(zhuǎn)時的總勢能及自由扭轉(zhuǎn)剛度的表達(dá)式,利用ANSYS軟件建立方形、矩形鋼管混凝土懸臂梁有限元模型各12根,提取自由端扭轉(zhuǎn)角與理論進(jìn)行對比,驗證理論推導(dǎo)及自由扭轉(zhuǎn)剛度的正確性。(2)基于板—梁理論,對鋼管混凝土翼緣工字形梁組合扭轉(zhuǎn)問題進(jìn)行理論分析,給出雙軸、單軸對稱鋼管混凝土翼緣工字形梁組合扭轉(zhuǎn)時的總勢能、自由扭轉(zhuǎn)剛度、約束扭轉(zhuǎn)剛度表達(dá)式,建立能量變分模型和微分方程模型,并給出扭轉(zhuǎn)角的解析解,利用ANSYS軟件建立雙軸、單軸對稱鋼管混凝土翼緣工字形懸臂梁有限元模型各12根,提取自由端扭轉(zhuǎn)角與理論對比,驗證理論推導(dǎo)及自由扭轉(zhuǎn)剛度、約束扭轉(zhuǎn)剛度的正確性。(3)基于板—梁理論,對鋼管混凝土翼緣工字形梁彎扭屈曲問題進(jìn)行理論分析,給出雙軸、單軸對稱鋼管混凝土翼緣工字形梁彎扭屈曲時的總應(yīng)變能、總初應(yīng)力勢能、總勢能的表達(dá)式,并給出單軸對稱鋼管混凝土上翼緣工字形梁截面不對稱系數(shù)的計算方法,同時建立其能量變分模型和微分方程模型。(4)基于鋼管混凝土翼緣工字形梁彎扭屈曲總勢能表達(dá)式,給出簡支梁在純彎、均布荷載、跨中集中荷載作用下的彈性彎扭屈曲臨界彎矩計算公式,利用ANSYS軟件建立雙軸、單軸對稱鋼管混凝土翼緣工字形梁有限元模型各12根進(jìn)行特征值屈曲分析,驗證臨界彎矩公式的正確性。
[Abstract]:For the modern society, the building structure is gradually developing towards the direction of long span and large height. Concrete filled steel tube composite structure is widely used and has a good prospect of development. Concrete-filled steel tube (CFST) flange I-shaped beam is a new type of composite member. Its section has higher bending stiffness and torsional stiffness, which can improve the strength and out-of-plane stability of the member. In addition, the existence of CFST flange reduces the height of web to a certain extent, and the thickness of web is small, so it is advantageous to resist shear. Concrete-filled steel tube (CFST) flange I-shaped beams are composed of two different materials, steel and concrete, which can be regarded as the combination of open, closed and solid components, which makes the related theoretical research more complicated. And the existing theoretical formula can not be applied. At present, the theoretical study on composite torsion and bending and torsional buckling of concrete-filled steel tube flange I-shaped beams is rarely seen, and solving the torsional problem is the necessary prerequisite to solve the bending and torsional buckling problem. Based on the theory of slab-beam put forward by Professor Zhang Wenfu, and starting with the problem of free torsion of concrete filled steel tube (CFST) members, this paper makes a theoretical study on the combined torsion and bending and torsional buckling of concrete filled steel tubular (CFST) flange I-shaped beams with biaxial and uniaxial symmetry. The finite element method is used to verify the correctness of the theoretical derivation. The main contents of this paper are as follows: (1) based on the slab-beam theory, the free torsion problem of concrete-filled steel tubular beams is theoretically analyzed, and the expressions of the total potential energy and the free torsional stiffness of square and rectangular concrete-filled steel tubular beams are given. The finite element model of square and rectangular concrete-filled steel tube cantilever beams is established by using ANSYS software. The torsion angle of free end is extracted and compared with the theory to verify the correctness of theoretical derivation and free torsional stiffness. (2) based on slab-beam theory, The combined torsion problem of concrete-filled steel tubular (CFST) flange I-shaped beams is theoretically analyzed. The expressions of total potential energy, free torsional stiffness and restrained torsional stiffness of uniaxial and uniaxial symmetric I-shaped beams with concrete filled steel tube flange are given. The energy variational model and differential equation model are established, and the analytical solution of torsion angle is given. The finite element models of biaxial and uniaxial symmetrical steel tube concrete flange I-shaped cantilever beams are established by using ANSYS software. The torsion angle of free end is extracted and compared with the theory. The theoretical derivation and the correctness of free torsional stiffness and restrained torsional stiffness are verified. (3) based on the slab-beam theory, the bending and torsional buckling of concrete-filled steel tubular flange I-shaped beams is theoretically analyzed, and the biaxial analysis is given. The expressions of total strain energy, total initial stress potential energy and total potential energy during bending and torsional buckling of uniaxial symmetrical steel tube concrete filled steel tube flange I-shaped beams are given. At the same time, the energy variational model and differential equation model are established. (4) based on the total potential energy expression of bending and torsional buckling of concrete-filled steel tube flange I-shaped beams, the load distribution of simply supported beams in pure bending and uniform distribution is given. The calculation formula of critical bending moment of elastic bending and torsional buckling under concentrated load in span is established by using ANSYS software. The finite element model of biaxial and uniaxial symmetric steel tube concrete flange I-shaped beams is established to analyze the eigenvalue buckling of 12 I-shaped beams. The correctness of the critical moment formula is verified.
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TU398.9

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2177324