冷彎薄壁型鋼受彎構(gòu)件的屈曲模態(tài)研究及其在穩(wěn)定承載力設(shè)計(jì)方法中的應(yīng)用.pdf

1、穩(wěn)定問(wèn)題是冷彎薄壁型鋼構(gòu)件承載力的重要因素。薄壁構(gòu)件主要存在三種屈曲模式：局部屈曲、畸變屈曲、整體屈曲，構(gòu)件的失穩(wěn)常表現(xiàn)為數(shù)種屈曲模式之間的耦合。當(dāng)前各國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范計(jì)算冷彎薄壁型鋼構(gòu)件穩(wěn)定承載能力的方法不盡相同。主要有兩種方法：有效寬度法和直接強(qiáng)度法。前者通過(guò)折減組成板件的寬度考慮屈曲影響，按有效板件組成的有效截面計(jì)算構(gòu)件承載力，后者通過(guò)折減構(gòu)件的應(yīng)力考慮屈曲影響，按全截面計(jì)算構(gòu)件承載力。然而當(dāng)荷載條件和截面幾何構(gòu)成較復(fù)雜時(shí)，板件的有效寬

2、度以及相應(yīng)幾何特性的計(jì)算變得困難，此外當(dāng)考慮畸變屈曲對(duì)承載力的影響時(shí)，寬度折減這一等效機(jī)制的力學(xué)意義和有效性有所欠缺，導(dǎo)致有效寬度法的應(yīng)用受到限制。直接強(qiáng)度法較好的解決了這兩個(gè)問(wèn)題，但目前也存在一定的缺陷：一是直接強(qiáng)度法計(jì)算所選取的基本彈性屈曲模式在方法上和理論上是相互脫節(jié)的，二是用于求解屈曲臨界力的有限條分法對(duì)于荷載和位移邊界條件的適應(yīng)性較差，對(duì)屈曲模態(tài)的判別和屈曲臨界力的求解存在誤差等。本文針對(duì)當(dāng)前冷彎薄壁型鋼受彎構(gòu)件的承載能力設(shè)計(jì)

3、方法開(kāi)展了下述研究：
　?、倏偨Y(jié)了中國(guó)、美國(guó)、澳大利亞/新西蘭規(guī)范中關(guān)于冷彎薄壁型鋼受彎構(gòu)件的承載力計(jì)算方法即有效寬度法和直接強(qiáng)度法。同時(shí)對(duì)直接強(qiáng)度法中的彈性屈曲臨界力的求解方法，包括解析法和數(shù)值方法，做出了詳細(xì)的總結(jié)。此外，還分析了有效寬度法和直接強(qiáng)度法的優(yōu)點(diǎn)和存在的問(wèn)題，提出改進(jìn)薄壁構(gòu)件屈曲模態(tài)分析并發(fā)展相應(yīng)直接強(qiáng)度法的必要性。
　?、诮梃b有限條分法和廣義梁理論，基于有限元，通過(guò)約束算法的實(shí)現(xiàn)，求解冷彎薄壁型鋼受彎構(gòu)件在

4、等端彎矩荷載作用下的純模態(tài)彈性屈曲臨界力，通過(guò)與已有方法的對(duì)比，論證其準(zhǔn)確性。分析了不等端彎矩以及不同約束條件對(duì)局部和畸變屈曲臨界力的影響，并量化非純彎荷載對(duì)畸變屈曲臨界力的影響，通過(guò)與實(shí)驗(yàn)的對(duì)比，驗(yàn)證本文提出的量化方法的準(zhǔn)確性。
　　③收集了北美規(guī)范和澳大利亞/新西蘭規(guī)范建立直接強(qiáng)度法所依據(jù)的所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并補(bǔ)充了所收集到的近期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)逐個(gè)甄別建立了共計(jì)484個(gè)實(shí)驗(yàn)構(gòu)件的樣本庫(kù)，完成基于ANSYS的純模態(tài)彈性屈曲分析，并擬

5、合了用于計(jì)算構(gòu)件穩(wěn)定承載能力的基于純模態(tài)彈性屈曲臨界力的直接強(qiáng)度法。
　?、茚槍?duì)收集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別采用擬合公式、中國(guó)規(guī)范(GB50018-2002)、北美規(guī)范(AISI S100-2007)中的有效寬度法和直接強(qiáng)度法計(jì)算實(shí)驗(yàn)構(gòu)件承載力，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，表明本文提出的承載力計(jì)算方法計(jì)算的構(gòu)件穩(wěn)定承載力時(shí)優(yōu)于現(xiàn)有方法中的計(jì)算結(jié)果。分析同時(shí)表明我國(guó)現(xiàn)行《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(GB50018-2002)的方法準(zhǔn)確性有所不足