双轴对称工字形悬臂外伸梁整体稳定性研究

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1、第七届全国土木工程研究生学术论坛东南大学2009双轴对称工字形悬臂外伸梁整体稳定性研究谢承利1，陈浩军1，佘俊1（1.长沙理工大学土木与建筑学院，湖南长沙410015）摘要：国内已有规范及文献关于悬臂外伸梁整体稳定性研究的理论较少，大都采用近似处理，方法也不统一，造成较大误差。为丰富该领域的学术研究，本文分别按照传统理论简化和悬伸梁的实际结构形式建立两种总势能表达式，运用能量法推出双轴对称工字形悬伸梁的整体稳定临界荷载计算方法。通过比较两种方法的计算结果以及相同条件下简支梁和悬臂固端梁的临界荷载，得出悬臂外伸梁的整体稳定临界均布荷载在不同h和外

2、伸长度下与简支梁及悬臂固端梁的差异，由此以确定合理的悬伸长度。分析表明荷载作用位置及不同的悬伸长度都会较大程度的影响悬臂外伸梁的整体稳定性，工程设计、规范修订和相关理论分析应该根据实际条件进行简化，选择相应的计算式和合理的外伸长度。关键词：整体稳定；悬臂外伸梁；临界荷载TheOverallStabilityBehaviorInvestigationofDouble-symmetricOverhangingI-shapedSteelBeamXieCheng-li,ChenHao-jun,Shejun(ChangshaUniversityofSci

3、enceandTechnology,Changsha410015,Hunan)Abstract:Interiorlytherearemuchlessresearchontheoverallstabilityofcantileverbeaminexistingspecificationsandliterature.They’vemostlyadoptedtheapproximatetreatmentanddifferentmethods,whichalwaysmadebigerrors.Inordertoenrichacademicresearc

4、honthefield,thispaperestablishestwokindsoftotalpotentialenergyexpression,,accordingtothetraditionaltheoryandtheactualstructureformofcantileverbeam,andintroducesthecriticalloadcalculationmethodofoverallstabilitybehaviorofdouble-symmetricoverhangingI-shapedsteelbeambyusingener

5、gymethod.Bycomparingtheresultsoftwomethods,andthecriticalloadofsimplysupportedbeamandcantileverbeamunderthesameconditions,weknowthedifferenceaboutcriticalloadwhenratiohandoverhanglengtharedifferent,andalsofixareasonableoverhanglength.Analysisshowedthatdifferentloadingpositio

6、nandoverhanginglengthwillgreatlyinfluencetheoverallstabilityofcantileverbeam.Therefore,engineeringdesign,coderevisionandrelatedtheoreticalanalysisshouldsimplifybasedonactualconditions,andselecttheappropriatecalculationformulaandreasonableoverhanglength.Keywords:overallstabil

7、ity;overhangingbeam;criticalload1引言在钢结构、机械工程和海洋平台等的设计中，屡屡出现悬臂外伸梁的结构形式。而现有的规范[1，2]却仅仅给出了简支梁和悬臂梁整体稳定的计算公式。由于悬伸梁有其特殊的变形和受力特点，如果直接按照简支或者悬臂梁考虑，其整体稳定承载力是必造成误差，一些情况下还会造成计算结果偏于不安全。对于平面内刚度远大于平面外弯曲和扭转刚度的开口薄壁构件，弯扭失稳是主要的破坏模式。当发生弯扭失稳时，梁突然发生平面外侧移和扭转变形，两种变形相互耦合[3]。设沿双轴对称工字形截面悬臂外伸梁全跨长布置均布荷载

8、q，坐标系设定及计算简图如图1所示。图1悬臂外伸梁整体稳定分析简图2能量法推导整体稳定临界荷载2.1传统理论简化法按弹性杆件的随遇平衡理论进行分析，在