單軸對稱冷彎薄壁型鋼受壓構(gòu)件穩(wěn)定性能分析與試驗(yàn)研究.pdf

1、穩(wěn)定問題在冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占有重要地位。不斷推陳出新的截面形式和超薄、高強(qiáng)鋼材的應(yīng)用，帶來了許多新的穩(wěn)定問題，如不同截面形式受壓構(gòu)件的局部、畸變和整體相關(guān)屈曲下的極限承載力問題，以及相應(yīng)屈曲模式對構(gòu)件變形性能的影響問題等。目前，對某些新型截面形式受壓構(gòu)件穩(wěn)定性能的理論和試驗(yàn)研究成果還比較少見。
　　薄壁構(gòu)件的穩(wěn)定問題異常復(fù)雜，現(xiàn)有國內(nèi)外的相應(yīng)規(guī)范均采用有效截面法進(jìn)行冷彎薄壁構(gòu)件的設(shè)計(jì)。然而，該方法沒有仔細(xì)考慮畸變屈曲對構(gòu)件穩(wěn)

2、定性能的影響，且其確定有效截面及其幾何特性的計(jì)算過程非常繁瑣，從目前截面形式復(fù)雜化的發(fā)展趨勢來看，該方法已顯露出了它的不足。1998年美國學(xué)者提出了采用全截面性能對薄壁構(gòu)件的極限承載力進(jìn)行計(jì)算的直接強(qiáng)度法(DirectStrengthMethod簡稱DSM)。但是，該方法目前只能解決幾類特定截面形式和邊界條件的構(gòu)件計(jì)算，如軸壓簡支柱和簡支純彎梁的極限承載力計(jì)算。對于一些新的截面形式以及更為復(fù)雜的受力狀態(tài)、邊界條件，還沒有相應(yīng)的研究報(bào)導(dǎo)。

3、如何將該方法進(jìn)一步完善，并建立與之相適應(yīng)的冷彎薄壁構(gòu)件直接變形計(jì)算方法(DirectDeflectionMethod簡稱DDM)，是當(dāng)前所面臨的重要問題。
　　本課題采用試驗(yàn)與理論分析相結(jié)合的方法，以設(shè)計(jì)應(yīng)用為目標(biāo)，針對上述問題開展了較系統(tǒng)的研究，較全面地掌握了單軸對稱冷彎薄壁型鋼受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性能，進(jìn)一步完善了此類構(gòu)件的極限承載力簡化計(jì)算方法，并初步探索了其整體變形的實(shí)用計(jì)算方法，為深入研究和工程應(yīng)用創(chuàng)造了條件。
　　針對

4、目前斜卷邊槽鋼簡支構(gòu)件承載力方面的試驗(yàn)資料比較缺乏，本文進(jìn)行了38根軸心受壓、偏心受壓斜卷邊槽鋼簡支柱的承載力試驗(yàn)研究。通過試驗(yàn)研究，得到了卷邊彎起角度、構(gòu)件長度、荷載作用位置等對構(gòu)件穩(wěn)定性能的影響規(guī)律。此外，在考慮幾何與材料非線性的情況下，將ANSYS有限元程序分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比，兩者吻合良好。為后續(xù)理論研究工作的進(jìn)一步開展打下了良好的基礎(chǔ)，并提供了有力的試驗(yàn)依據(jù)。
　　在此基礎(chǔ)上，分別對斜卷邊槽鋼、復(fù)雜卷邊槽鋼和弧形

5、卷邊槽鋼軸心受壓簡支柱、固支柱以及偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行了大量的有限元參數(shù)分析。通過變化截面形式、板件寬厚比、構(gòu)件長細(xì)比、荷載偏心距等參數(shù)研究了上述構(gòu)件的穩(wěn)定性能，得出了各參數(shù)對構(gòu)件承載力、失穩(wěn)模式等特性的影響規(guī)律。研究表明，卷邊形式的不同對構(gòu)件極限承載力、失穩(wěn)模式以及整體變形影響顯著。針對上述構(gòu)件的不同特點(diǎn)，及其單位面積下承載能力之間的差別，對各類截面的合理應(yīng)用范圍提出了相應(yīng)的建議。
　　針對斜卷邊槽鋼和復(fù)雜卷邊槽鋼推導(dǎo)了截面各項(xiàng)幾何

6、特性的通用簡化計(jì)算公式，方便了手算求解構(gòu)件的屈曲應(yīng)力。以上述研究結(jié)果為基礎(chǔ)，結(jié)合我國的實(shí)際情況開展了單軸對稱冷彎薄壁型鋼軸心受壓構(gòu)件極限承載力的DSM研究。對軸心受壓簡支斜卷邊槽鋼柱的極限承載力提出了DSM修正計(jì)算方法，驗(yàn)證了DSM關(guān)于局部與整體相關(guān)屈曲承載力的原有計(jì)算公式對復(fù)雜卷邊槽鋼和弧形卷邊槽鋼仍然有效。此外，提出了軸心受壓固支斜卷邊槽鋼柱、復(fù)雜卷邊槽鋼柱以及弧形卷邊槽鋼柱極限承載力的DSM修正計(jì)算方法。與試驗(yàn)結(jié)果的對比證實(shí)，本文

7、提出的修正算法與試驗(yàn)結(jié)果更為吻合。
　　建立了普通直角卷邊槽鋼簡支構(gòu)件截面有效形心偏移的計(jì)算方法。在此基礎(chǔ)上，提出了對稱軸平面內(nèi)偏心受壓狀態(tài)下，普通直角卷邊槽鋼簡支構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定承載力DSM計(jì)算方法。方法中考慮了局部與整體的相關(guān)屈曲以及畸變與整體的相關(guān)屈曲，并考慮了截面有效形心的偏移。與試驗(yàn)及有限元分析結(jié)果的對比表明，按本文提出的方法來確定有效形心的偏移及偏壓構(gòu)件的極限承載力是行之有效的。所得結(jié)論可為今后的工程應(yīng)用和規(guī)