基于板-梁理论的双轴对称哑铃形钢管混凝土拱弯扭屈曲理论研究

• 作者: 张文福 马峰 朱凯杰 黄斌
• 来源期刊: 钢结构
• 关键词: 哑铃形 钢管混凝土 拱 弯扭屈曲
• 年，卷（期）: 2022,（2）
• 所属期刊栏目: 科研|Research
• 页码范围: 13-21
• 页数: 9页
• 语种: 中文
• DOI: 10.13206/j.gjgS21090401

摘要

现有的理论公式只适用于单一材料构件,无法使用现有的稳定理论解决由不同材料组成的构件,为此,张文福教授在2014年独立提出一种可解决薄壁构件组合扭转和弯扭屈曲的新工程理论,该理论主要采用三种基本假设:刚周边假设、板变形假设、梁变形假设.与传统的Vlasov理论不同,板-梁理论中纵向位移、线性和非线性应变、应变能均可借鉴成熟的Kirchhoff薄板理论和Euler梁理论推导得到,不仅可以解决翘曲无法考虑钢和混凝土不同材料影响的问题,还可以避免假设翘曲函数的随意性带来的争议.为了描述方便,板梁理论中引入了两套坐标系,分别为整体坐标系xyz和局部坐标系nsz,这两套坐标系与Vlasov的坐标类似,均满足右手螺旋法则.整体坐标系的原点与截面形心重合,x、y轴分别为截面的主轴.与Vlasov的曲线坐标系不同,局部坐标系nsz为直角坐标系.原点与每个板件自身的形心重合,s轴与板件的中面重合,n轴与板件中面的法线重合.由n轴转向s轴符合右手螺旋法则,且拇指应该与z轴正方向一致.基于板-梁理论推导双轴对称哑铃形钢管混凝土的截面特性,根据相关假设,建立发生弯扭屈曲的位移场、应变场,推导出总应变能和总初应力势能,进而得出双轴对称哑铃形钢管混凝土截面的抗弯刚度、翘曲刚度和自由扭转刚度,通过算例和有限元分析验证理论公式的正确性.