冷彎薄壁型鋼受彎構(gòu)件穩(wěn)定性能研究.pdf

1、穩(wěn)定問題是冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的核心問題，各國的設(shè)計(jì)規(guī)范雖不盡相同，但大多都是圍繞著穩(wěn)定問題來編制的。對于冷彎薄壁型鋼構(gòu)件來說，可能出現(xiàn)局部屈曲、畸變屈曲和整體彎扭屈曲。以往對局部屈曲和整體彎扭屈曲的研究成果較為完善。由于對畸變屈曲的認(rèn)識較晚及其自身的復(fù)雜性使得對畸變屈曲的許多研究成果無法達(dá)成共識，需要進(jìn)一步研究。隨著冷彎薄壁型鋼構(gòu)件朝著高強(qiáng)、超薄的方向發(fā)展，截面形式越來越趨于復(fù)雜化，這使得畸變屈曲更容易成為起控制作用的屈曲模式。

2、>　　對于冷彎薄壁型鋼構(gòu)件的設(shè)計(jì)，各國規(guī)范均采用有效截面法，然而該方法只是針對局部屈曲的，對于發(fā)生畸變屈曲的構(gòu)件則無法采用有效截面法來設(shè)計(jì)。有效寬度及有效截面特性的計(jì)算是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，尤其隨著截面的復(fù)雜化，有效截面法逐漸顯示出了不足之處。正是基于對畸變屈曲的考慮以及有效截面法的缺陷，一種新的設(shè)計(jì)方法——直接強(qiáng)度法（Direct Strength Method，簡稱 DSM）應(yīng)運(yùn)而生。該方法無需計(jì)算有效截面特性，而用全截面特性計(jì)算，

3、只需求得構(gòu)件的彈性屈曲荷載，就可根據(jù) DSM公式求得構(gòu)件的極限承載力，計(jì)算非常簡便。但是該方法目前只能解決幾類特定截面形式的構(gòu)件計(jì)算，邊界條件也有所限制，只針對兩端簡支軸壓柱和兩端簡支純彎梁的計(jì)算。將其應(yīng)用范圍進(jìn)一步拓寬，使其能夠適應(yīng)更多的截面形式和復(fù)雜的受力狀態(tài)是現(xiàn)階段需要重點(diǎn)解決的問題。以往冷彎薄壁型鋼構(gòu)件的變形計(jì)算也采用有效截面法，建立與直接強(qiáng)度法相適應(yīng)的計(jì)算構(gòu)件變形的直接變形計(jì)算方法（Direct Deflection Meth

4、od，簡稱DDM）亦勢在必行。
　　本文采用試驗(yàn)研究和有限元參數(shù)分析相結(jié)合的方法，對冷彎薄壁型鋼受彎構(gòu)件的穩(wěn)定性能做全面系統(tǒng)的研究。卷邊是影響構(gòu)件屈曲性能的重要因素，所以本文選取了直卷邊、斜卷邊和復(fù)雜卷邊 C形和 Z形截面構(gòu)件作為研究對象，對其在純彎和非純彎狀態(tài)下的破壞模式和抗彎承載力進(jìn)行了研究。利用參數(shù)分析的抗彎承載力結(jié)果回歸出了適用于純彎和非純彎狀態(tài)下的 DSM公式，并且利用參數(shù)分析時(shí)得到的構(gòu)件變形曲線建立了能夠計(jì)算構(gòu)件整體彎

5、曲變形的DDM公式。
　　本文完成了6組純彎試驗(yàn)和6組非純彎試驗(yàn)共計(jì)24個(gè)試件的試驗(yàn)研究工作。試件分為直卷邊、斜卷邊和復(fù)雜卷邊 C形截面，并且變化卷邊的寬度。試驗(yàn)中觀察到了局部屈曲、畸變屈曲以及局部和畸變的相關(guān)屈曲現(xiàn)象。通過對哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文
　　比同樣截面形式的試件在兩種受彎狀態(tài)下的抗彎承載力，得到了破壞模式對試件抗彎承載力的影響規(guī)律。利用有限元程序 ANSYS考慮幾何非線性和材料非線性，并且考慮試件的初始幾

6、何缺陷，對所有試驗(yàn)進(jìn)行了模擬。有限元模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對比發(fā)現(xiàn)二者吻合較好，為以后的有限元參數(shù)分析工作奠定了有力的試驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上了，分別對直卷邊、斜卷邊和復(fù)雜卷邊形式的 C形和 Z形截面冷彎薄壁型鋼受彎構(gòu)件進(jìn)行了大量的有限元參數(shù)分析，并且對比了在純彎和非純彎兩種受彎狀態(tài)下構(gòu)件的破壞模式和抗彎承載力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于在兩種受彎狀態(tài)下均以畸變屈曲為主的構(gòu)件，非純彎作用下構(gòu)件的抗彎承載力往往比純彎作用下的要高出10％

7、~20%；而在兩種受彎狀態(tài)下均表現(xiàn)為局部和畸變相關(guān)屈曲的構(gòu)件，其抗彎承載力相差不大，多數(shù)構(gòu)件在純彎作用下的抗彎承載力略高。對內(nèi)向彎折型和內(nèi)向彎勾型兩種復(fù)雜卷邊截面形式的構(gòu)件在兩種受彎狀態(tài)下承載效率的對比分析發(fā)現(xiàn)，對于多數(shù)構(gòu)件來說，內(nèi)向彎折型截面的承載效率高于內(nèi)向彎勾型的。
　　以原有的直接強(qiáng)度法為基準(zhǔn)，利用對直卷邊、斜卷邊和復(fù)雜卷邊受彎構(gòu)件在兩種受彎狀態(tài)下的研究結(jié)果回歸得到了能夠適用于不同卷邊形式的修正后的DSM公式。由于原始的

8、DSM公式都是根據(jù)構(gòu)件受純彎時(shí)的結(jié)果得來的，本文把其應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)展，引入到了構(gòu)件受非純彎時(shí)。對于純彎構(gòu)件和非純彎構(gòu)件來說，均把構(gòu)件劃分為局部和畸變相關(guān)屈曲以及畸變屈曲兩大類，分別回歸了兩種屈曲模式下的 DSM公式。選取了一定數(shù)量的構(gòu)件分別用 DSM原始公式和修正公式計(jì)算，然后與分析結(jié)果進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，修正公式的計(jì)算結(jié)果更為精確。
　　開展了彎矩作用平面內(nèi)構(gòu)件整體彎曲變形的 DDM計(jì)算方法的研究。選取了一定截面參數(shù)的構(gòu)件，通過對板

9、厚 t、腹板高度 H、翼緣寬度 B等參數(shù)以及卷邊形式的研究綜合對比發(fā)現(xiàn)，翼緣寬厚比是影響構(gòu)件變形的主要因素，其他參數(shù)對構(gòu)件變形的影響均很小。通過對比分析各曲線散點(diǎn)的分布，建立了不同厚度的直卷邊、斜卷邊以及復(fù)雜卷邊構(gòu)件的DDM公式。
　　鑒于已有的求解受彎構(gòu)件彈性畸變屈曲應(yīng)力的方法過于繁瑣，結(jié)合我國實(shí)際情況，在用有限條程序 CUFSM求得構(gòu)件彈性畸變屈曲應(yīng)力的基礎(chǔ)上，分析各參數(shù)的影響規(guī)律，分別建立了適用于求解直卷邊和斜卷邊構(gòu)件的彈性