基于CSM的冷弯薄壁方矩形钢管构件局部稳定性能研究

发布时间：2020-11-15 23:51

　　 局部屈曲是钢管构件在设计中需要避免或利用的变形性能。现行钢结构设计规范根据构件的截面塑性变形以及抵抗局部屈曲的能力,将截面划分为多种板件宽厚比范围内呈现不同薄柔性的类别,并采用相应的承载力设计式。规范对于屈曲承载力小于屈服承载力的薄柔截面构件,通常采用基于板件屈曲后受压边缘屈服的“有效宽度”设计方法,未能充分考虑板件相关作用以及屈曲后的塑性发展。“连续强度设计方法”是一种基于截面变形并能有效利用钢材应变强化的构件设计方法。该方法主要适用于非薄柔截面构件,并在不锈钢、高强钢构件的承载力设计中有较为完善的理论。但其对冷弯钢材、薄柔截面以及偏心受压荷载情况下的应用有待研究。本文经有限元与收集的试验结果对比,验证了考虑初始几何缺陷和材料非线性的建模方法对冷弯方矩形钢管构件局部屈曲性能模拟的有效性。并以此建模方法建立扩大化参数模型,研究截面薄柔程度、钢材强度等级、截面高宽比和偏心压力作用线角度对冷弯薄壁方矩形钢管构件的局部屈曲性能的影响。基于有限元结果,引入等效应变的概念,将“连续强度设计法”拓展到轴压、纯弯荷载以及偏心受压荷载下冷弯薄壁方矩形钢管承载力设计中,提出考虑截面薄柔程度、高宽比和偏心夹角的“连续强度法”建议式。并将中国、欧洲、北美钢结构设计规范应用于算例,分析了各国规范和连续强度法设计式对冷弯薄壁方矩形截面局部屈曲承载力计算的适用性。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU392.3
【部分图文】：

能优势:（1）采用双轴对称闭合截面的管形构件，具有抗扭刚度大、抗弯刚度大造成的不易翘曲、整体稳定性好等优点；（2）相比于类似规格的开口构件，钢管构件暴露于外部环境的面积较小，且没有尖锐的棱角，相应的防腐措施与安全措施更为便捷、经济；（3）在钢管内部填充混凝土形成―钢包砼‖的组合结构是充分利用材料性能和解决钢管内部锈蚀问题的新兴设计趋势，被大量应用于承载柱和钢管拱构件中。图 1.1 展示了钢管在生活中的应用。(a) 屋面钢管檩条 （b） 抗震楼面钢管桁架

图 2.1 板的坐标与微元体上的应力基于上述假定，可以得出在荷载作用下屈曲过程中的两组内力的平衡方程；两别是由单位长度荷载 P 决定的板内中面力 Nij与因板件弯曲产生的内力 Mij和微元体面位置，j 代表内力的方向。根据高阶微分的简化略去剪力 Qi，如式（22202222222222 yNxyNxNyMxyMxMxxyyxyyx （通过由板件弯曲产生的弯与截面应力的积分关系，最终可以推导出以挠曲面y）为变量的在 z 方向的常系数线性四阶偏微分方程作为力的平衡方程：222224422444232212( 1)yNxyNxNvxxyyEtxxyy （将式中的中面力替换为典型荷载（轴压或纯弯），可将简化为式（2.3）。2012(1)22442244423 xPvxxyyEtx 轴压（

j 代表内力的方向。根据高阶微分的简化略去剪力 Qi，如222222222222 yNxyNxNyMxyMxMxxyyxyyx 板件弯曲产生的弯与截面应力的积分关系，最终可以推导出以挠变量的在 z 方向的常系数线性四阶偏微分方程作为力的平衡方程222224422444232212( 1)yNxyNxNvxxyyEtxxyy 的中面力替换为典型荷载（轴压或纯弯），可将简化为式（2.3）22012(1)2012(1)244224442322442244423 xyPvxxyyEtxPvxxyyEtxyx 纯弯轴压边简支的板件，板的支承点可在板平面内移动，其屈曲情况如下
【参考文献】

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本文编号：2885362