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)計方法中的應(yīng)用.pdf

1、穩(wěn)定問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)前各國設(shè)計規(guī)范計算冷彎薄壁型鋼構(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算構(gòu)件承載力，后者通過折減構(gòu)件的應(yīng)力考慮屈曲影響，按全截面計算構(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，板件的有效寬

2、度以及相應(yīng)幾何特性的計算變得困難，此外當(dāng)考慮畸變屈曲對承載力的影響時，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問題，但目前也存在一定的缺陷：一是直接強(qiáng)度法計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于荷載和位移邊界條件的適應(yīng)性較差，對屈曲模態(tài)的判別和屈曲臨界力的求解存在誤差等。本文針對當(dāng)前冷彎薄壁型鋼受彎構(gòu)件的承載能力設(shè)計

3、方法開展了下述研究：
　?、倏偨Y(jié)了中國、美國、澳大利亞/新西蘭規(guī)范中關(guān)于冷彎薄壁型鋼受彎構(gòu)件的承載力計算方法即有效寬度法和直接強(qiáng)度法。同時對直接強(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。
　　②借鑒有限條分法和廣義梁理論，基于有限元，通過約束算法的實(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，通過與已有方法的對比，論證其準(zhǔn)確性。分析了不等端彎矩以及不同約束條件對局部和畸變屈曲臨界力的影響，并量化非純彎荷載對畸變屈曲臨界力的影響，通過與實(shí)驗的對比，驗證本文提出的量化方法的準(zhǔn)確性。
　?、凼占吮泵酪?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)驗數(shù)據(jù)，并補(bǔ)充了所收集到的近期實(shí)驗數(shù)據(jù)，通過逐個甄別建立了共計484個實(shí)驗構(gòu)件的樣本庫，完成基于ANSYS的純模態(tài)彈性屈曲分析，并擬

5、合了用于計算構(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κ占降膶?shí)驗數(shù)據(jù)，分別采用擬合公式、中國規(guī)范(GB50018-2002)、北美規(guī)范(AISI S100-2007)中的有效寬度法和直接強(qiáng)度法計算實(shí)驗構(gòu)件承載力，并與實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行對比，表明本文提出的承載力計算方法計算的構(gòu)件穩(wěn)定承載力時優(yōu)于現(xiàn)有方法中的計算結(jié)果。分析同時表明我國現(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