[01571567]冷弯薄壁型钢构件的畸变屈曲研究

1) 建立了一个非线性有限元分析模型对受向上载荷的C型、Z型冷弯钢檩条进行了分析。在模型中,考虑了屋面板对檩条的侧向和扭转约束。当采用不同屋面板类型,不同连接手段时,屋面板对檩条有不同的扭转约束刚度。本文在模型中,屋面板对檩条上翼缘中心线采用了三种不同的扭转弹簧刚度,比较了4米到10米长的檩条在向上的风载荷作用下的最终极限承载力。同时考虑了几何和材料的非线性,将材料假设为理想弹塑性材料,将檩条自身重力产生的变形作为初始几何缺陷加入计算过程。 发现屋面板对檩条上翼缘的扭转约束刚度越大,极限承载力越高,而且同时可能改变檩条的失效模式。如当扭转约束刚度很大的时候,檩条主要的失效模式是屈曲失效模式控制的。然而,由于变形和材料的屈服低于屈曲载荷的原因,极限承载力可能小于线性屈曲分析的临界载荷。对于无扭转约束的完美檩条,失效模式主要是副轴平面内的塑性弯曲失效,而且失效之前檩条产生侧扭屈曲。檩条自重产生的初始几何缺陷明显影响扭转弹簧刚度较低的中长和长檩条的变形特性,其不仅降低极限承载力而且使得檩条的失效方式从塑性屈服编程侧扭屈曲失效。而对于短檩条或者具有较强约束刚度的檩条,其影响可以忽略。随着试样长度的增加,檩条的极限载荷降低。 有限元和实验数据的比较发现,理想的边界条件可以表示实际应用中的标准的两个孔的搭接方式。 2) 应用有限条程序研究斜卷边的角度对轴压和纯弯作用下 C 型截面冷弯钢构件的畸变屈曲临界应力的影响。运用有线条程序（CUFSM）或解析计算公式计算斜卷边C型截面冷弯钢构件的截面几何特性,采用Schafer提出的直接强度法计算斜卷边C型槽钢发生畸变屈曲时的极限承载力,计算及分析过程中忽略了畸变屈曲与整体屈曲的相关影响。 结果表明,斜卷边冷弯薄壁型钢构件在轴压作用下发生畸变屈曲时：在卷边角度 90°～120°范围内,构件的极限承载力随卷边的角度增大先上升后下降;可取卷边与翼缘角度为105°时为卷边弯起的最佳角度,小部分构件极限承载力无明显影响,大部分极限承载力皆有明显提升。在纯弯发生弹性畸变屈曲时承载力与卷边角度的变化规律与轴压时相同。为有效提高斜卷边冷弯薄壁型钢构件的整体抗性能即抗轴压和纯弯的极限承载力,建议卷边的设计角度为105°。结果可供 C 型冷弯薄壁斜卷边槽钢工程设计参考。 3) 分析了应力波在杆中传播的弥散效应的修正方法,为分析冲击作用下冷弯钢构件的畸变屈曲及后屈曲强度打下了理论和实验的基础。 4) 利用Ansys/LS-Dyna有限元软件对结构在强台风作用下的渐进倒塌问题进行了一些探索分析,整个分析结果可供钢结构建筑在强台风作用下的计算和建模提供基础数据,也可以为设计人员提供参考。 5) 对C型冷弯薄壁型钢檩条进行纯压、纯弯试验,对不同截面尺寸和长度的试样的畸变屈曲临界应力和试样的极限承载力进行研究。 对9种不同截面尺寸的C型檩条进行纯压试验,试验结果表明：试验所得极限承载力大于直接强度法的计算结果;腹板高度与翼缘成一定比例的时候承载力最好,屈曲后强度随着腹板高度的增加而相应变大;翼缘变化对屈曲后强度的影响与腹板变化的影响相似,但是屈曲后强度随着翼缘的增加而减小;在一定范围内,卷边越大,承载力也越大,屈曲后强度随卷边的增加而减小。同时用散斑技术分析得到的结果与应变片测得数据非常接近,证明试验数据真实可靠。 对6种不同截面尺寸的C型檩条进行纯弯试验,试验结果表明：极限弯矩小于直接强度法的计算结果。腹板高度的增加使得极限弯矩也相应增加,然而畸变屈曲应力先减少后增加,屈曲后强度则是先增加后减小。极限弯矩随着翼缘宽度的增加而增加,临界屈曲应力和屈曲后强度反而减小。在一定范围内,卷边越大,极限弯矩也越大,屈曲后强度随卷边的增加而减小。 6) 根据国内外现有的C型钢构件畸变屈曲机理研究的理论模型,提出了一种针对C型钢构件畸变屈曲的整体分析模型。得出轴向受压情况下C型冷弯薄壁钢构件发生畸变屈曲的临界载荷,并将结果与现有的有限条软件结果进行比对,从而验证该模型的正确性。对Eurocode3和GB50018-2002规范提出实质的改进意见。