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技术支持中心验证示例带横向加劲板梁的侧扭屈曲
带横向加劲板梁的侧扭屈曲
Member designSteelVerificationsMemberAISC (USA)

带横向加劲板梁的侧扭屈曲

本文也提供以下语言版本
ENCZDEESFRITPTNLHUROKRPLTHTRVIZH
AI从英语翻译

由斜向横向加劲板加劲的工字形截面梁,在跨中受横向集中力作用。对线性屈曲分析(LBA)和考虑初始缺陷的几何与材料双重非线性分析(GMNIA)结果进行了对比。

本验证研究针对 IDEA StatiCa Member 软件进行。目标是确保 LBA 和 GMNIA 的计算结果正确,且所有壳单元和各组件的有限单元均正常工作。模型几何形状基于布尔诺理工大学 AdMaS 中心所进行的试验。

数值模型在 ANSYS(一款通用有限单元法商业软件)中建立。采用钢材等级为 S235、长度为 3.3 m 的 IPE 180 工字梁。研究了两种边界条件:

  • 固定端——一端所有节点完全固定(所有自由度均受约束),另一端除允许沿梁纵向移动外,其余条件相同
  • 铰接端——仅约束梁腹板节点(允许侧向转动;一端固定所有位移,另一端允许沿梁纵向移动)

加劲板相对竖向轴倾斜 60 度。两块加劲板对称布置,相互间距可变。模型中未模拟焊缝,相邻网格节点直接合并。 

在 ANSYS 中进行了线性静力分析、线性屈曲分析以及考虑初始缺陷的几何与材料双重非线性分析。初始缺陷取为 L/300,其中 L 为构件长度(3.3 m)。

塑性应变如下图所示:

相应模型在 IDEA StatiCa Member 中建立。相关构件的截面选取尺寸较大且较短,以避免对被分析梁的结果产生影响。

结果对比见下表。FRd 为由 GMNIA 确定的侧扭屈曲承载力,wy 为梁在最大荷载时跨中的侧向挠度,Fcr 为由 LBA 确定的临界屈曲荷载。加劲板位置表示加劲板在 IDEA StatiCa Member 中距左端节点的 X 坐标。




GMNIA

LBA


FRd [kN]FRd [kN]wy [mm]wy [mm]Fcr [kN]Fcr [kN]
边界条件加劲板位置ANSYSMEMBERANSYSMEMBERANSYSMEMBER
固定端1550,205056.7956.9722.0723.30
104.4

1250,235061.5663.2721.3621.40
121.5

550,305060.2160.8418.4619.70
122.4
铰接端1550,205038.3940.7733.6936.1057.055.8

1250,235041.5243.9232.6030.4064.863.9

550,305044.0147.0722.4023.6082.681

两款软件的计算结果吻合良好。IDEA Member 给出的临界屈曲荷载略低,侧扭屈曲承载力略高。

差异主要由加劲板的建模方式引起。在 ANSYS 中,节点在板件中心线处合并;而在 Member 中,加劲板较短,其端部止于板件表面,间隙由焊缝填充。因此,IDEA Member 中较短的板件比 ANSYS 中较长的板件略刚。

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