高温下钢梁弯扭屈曲及含裂纹梁自由振动频率分析

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文高温下钢梁弯扭屈曲及含裂纹梁自由振动频率分析博士研究生：刘兵指导教师：王振清教授学位级别：工学博士学科、专业：固体力学所在单位：航天与建筑工程学院论文提交日期：2012年12月日论文答辩日期：2013年3月日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofD.EngAnalysisofBend-TorsionBucklingofSteelBeamandFreeVbrationFrequenciesofCrackedB

2、eamunderHighTemperaturesCandidate:LiuBingSupervisor:Prof.WangZhenqingAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:SolidMechanicsDateofSubmission:Novemberx,2012DateofOralExamination:Marchx,2012University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，

3、是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论

4、文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日高温下钢梁弯扭屈曲及含裂纹梁自由振动频率分析摘要在火灾高温的作用下，结构钢的性能会发生严重劣化，钢结构建筑及其构件将发生复杂的内力重分布现象，结构和

5、构件的变形也会显著加剧，从而造成结构整体的承载性能大大削弱，危及结构的安全，严重时会导致结构发生整体倒塌或破坏。因此建立合理的钢结构构件的抗火研究分析方法，特别是通过系统的理论研究，分析其在各种温度条件下的受力状态变化，具有重要的理论意义和工程应用价值。本文在前人的工作基础上，对火灾高温作用下纯弯钢梁的弯扭屈曲受力状态做了进一步的研究，主要研究工作如下：1.考虑高温对结构钢材料性能的影响，分析了高温下（20CT300C）纯弯钢梁的弹性弯扭屈曲变化，给出了两端简支纯弯钢梁、两端固支纯弯钢梁、悬臂纯弯钢梁在高温下临界屈曲弯矩的计算表

6、达式，并考虑了受弯钢梁屈曲前变形对弯扭屈曲临界弯矩的影响。2.推导了高温下（20CT300C）横向均布荷载作用下、横向集中荷载作用下的受弯钢梁临界屈曲弯矩和临界弯矩系数的计算表达式以及变截面受弯钢梁临界屈曲弯矩的计算表达式。3.通过算例分析了钢梁临界屈曲弯矩的变化，由算例分析可知：钢梁截面形式和荷载位置作用点位置的不同，对钢梁在高温下的弹性临界屈曲弯矩的差别也很大，但随着温度的提高，临界屈曲弯矩的下降趋势一致，下降的幅度也比较类似。4.根据弹塑性理论，对火灾高温作用下简支钢梁在弹塑性阶段的弯扭屈曲和临界屈曲弯矩进行了分析，给出了

7、弹塑性阶段临界屈曲弯矩的计算表达式，通过算例分析了钢梁弹塑性阶段临界屈曲弯矩随温度的变化，并利用Ansys有限元软件模拟了钢梁在火灾燃烧不同时刻的竖向变形。5.在考虑高温对结构材料性能的影响基础上，对高温下含裂纹简支梁的振动频率变化问题展开分析，建立了含裂纹简支梁在高温下的自由振动频率方程，通过算例对含裂纹简支钢梁和含裂纹简支铝合金梁在高温下的自由振动进行了模拟运算，分析了其振动基频随温度的变化规律，给出了高温下含裂纹简支梁的自振频率与材料弹性模量的变化关系表达式。由分析可知：温度的升高导致了结构材料弹性模量的不断下I哈尔滨工程大学博士

8、学位论文降，而材料弹性模量的下降又使得梁自振频率随之不断降低，而且在梁中裂纹的相对深度越大，随着温度的不断升高，梁自振频率的下降幅度也越大，而裂纹位置离支座位置越近，对高温下梁自振频率的变化影响就越小。关键