文档介绍：十字形钢结构轴心受压柱的稳定性分析 1. 引言传统的框架结构或框架剪力墙结构通常采用矩形截面柱,而当柱子的截面宽度大于墙体厚度时,房间的柱角将凸出墙面,这在占去房间使用面积的同时也给室内装修和家具布置也带来不便,己不能满足人们对住宅平面和空间的要求。另外,在作结构设计时, 普通住宅楼平面柱网中柱距一般均在 ~ ,楼梯开间为 ,进深一般为 - 左右。最初设计人员采用所谓的扁柱形式来处理这种密柱网的框架体系柱子外露问题。这种扁柱柱宽一般 200~25 0 mm 之间, 柱截面高一般为 400-600mm 之间,但这仅适用于非抗震区,对于有多 7 度以上抗震设防要求的,因不符合《建筑抗震设计规范》(GB500 10 -2001) 第1条款要求( 截面的宽度和高度均不宜小于 30cm 的规定) ,也难以满足《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002) 中 条第 3款要求( 柱中纵向受力钢筋的净间距不应小于 50mm 的规定) ,故仍不能有效地解决这些矛盾。这些突出问题促成了异形柱的产生及其它的广泛应用。所谓异形柱是指相对于正方形柱和矩形柱而言是异形的柱子,柱肢的截面高度与柱肢宽度的比值在 2-4 之间,常用的有“L’,形“T”形和“十”字形柱。 2. 屈曲分析 . 屈曲分析影响因子的选取影响异形柱承载能力的是它的屈曲临界荷载,故需要分析影响异形柱屈曲破坏的因素并对其进行分析。其中轴心压杆承载能力的极限状态是丧失稳定, 又可分为构件整体失稳和板件局部失稳。就轴心压杆整体失稳类型而言, 除平面变位的弯曲屈曲外, 还有可能发生空间变位的扭转屈曲和弯扭屈曲。对于一根具体的压杆,达到承载能力极限状态时究竟呈现何种屈曲形式,与它的材料、截面特征 EI、 GJ 、及长度 l有关。本文所讨论的十字形截面轴心压杆由于是双轴对称或近似双轴对称, 可排除弯扭屈曲的可能, 但由于其扇性惯性矩 Iω很小, 在工程设计中可看作为零, 故此类截面的抗扭性能较差, 当其扭转屈曲临界承载力小于弯曲屈曲临界承载力时,就会首先发生扭转屈曲。根据线弹性稳定理论, 已知双轴对称截面两端铰支压杆扭转屈曲临界力为式中:为截面抗扭惯性矩; 为截面的扇形惯性矩; 为截面对剪心的极回转半径, ; 为扭转屈曲的计算长度; G为钢材剪切模量。构件屈服承载力。由上式可知构件的屈曲临界力与材料属性 G、截面形状及尺寸、构件长度及约束形式有关,根据上式可类似选定特定材质的钢材、截面形式为十字形截面约束为一端固定一端自由的柱,改变构件长度和截面尺寸观察分析其对构件屈曲临界荷载的影响。十字形钢结构柱截面形状如下,其中 t为肢厚, 2b为肢长。图1 十字截面 . 屈曲分析步骤下面首先介绍一般特征值屈曲分析得步骤,以“ t=50mm , b=200mm ,杨氏弹性模量 E=2e5MPa ,泊松比?=, 柱长 l=5m ,此柱一端固定一段自由,自由端受集中荷载”为例。 1)自定义截面十字形截面在 ansys 分析软件中不存在,需要自定义,根据截面几何尺寸和柱的单元划分要求定义了如下形式的截面表1 十字截面属性 Area = 42500. Iyy= +09 Iyz =--07 Izz= +09 W