冷弯薄壁型钢多卷边柱PMM屈服面模型及试验研究

发布时间：2017-07-04 23:10

  本文关键词：冷弯薄壁型钢多卷边柱PMM屈服面模型及试验研究

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【摘要】：近年来,随着科技水平的不断进步以及建筑业的飞速发展,冷弯薄壁型钢在房屋建筑结构、大跨结构、仓储结构中的应用与日俱增。由于具有优越的强度自重比且节能环保,冷弯薄壁型钢被大量应用于仓储结构中,这大大促进了物流仓储领域的发展。作为物流仓储领域主要承载结构的组装式货架,其建造面积越来越大,高度也越来越高,这种发展趋势对货架结构的安全性提出了更高的要求。基于上述背景,本文针对目前组装式货架结构中应用最广泛的N90系列冷弯薄壁开口多卷边柱开展了试验研究与数值模拟分析,解释了N90截面多卷边柱发生畸变屈曲的受力性能和破坏机理,拟合出了基于有限元分析的PMM屈服面,对现有压弯构件承载力计算公式的精确性作出评价,并为本文中构件的塑性铰自定义提供参数。在对已有弹性畸变屈曲分析方法和畸变屈曲承载力计算方法较为全面的综述和归纳总结的基础上,针对国内生产的N90截面多卷边柱,本文分别开展了15根拉伸试件材料力学性能试验、1根轴心轴压和14根偏心受压N90截面多卷边柱承载力试验。材料力学性能试验结果表明：转角区钢材的冷加工硬化效应十分显著,其材料力学性能曲线没有屈服平台,且极限应力比平板区材料高出约35%。通过N90截面多卷边柱承载力试验,获得了轴心受压和偏心受压各试件的破坏现象、荷载-位移曲线、荷载-转角曲线和极限承载力。承载力试验结果表明：偏心方向对试件的破坏模式影响很大,当加载点靠近腹板而远离翼缘时,试件发生局部屈曲破坏,否则发生畸变屈曲破坏;偏心方向及偏心距离对试件的承载力均有较大影响。采用有限元软件ABAQUS,对N90截而多卷边试件的试验受力过程进行了模拟分析,并将分析结果与试验结果进行对比。特别地,针对三种初始几何缺陷模型进行了研究,通过有限元软件ABAQUS分别建立三种有限元分析模型,对比其极限承载力及破坏形式,选择合理的初始几何缺陷模型。结果表明：采用前五阶屈曲模态作为初始几何缺陷模型,不论极限承载力还是破坏形式,有限元分析结果均与试验结果有较好的吻合性,这种初始几何缺陷模型对本文中的试件较适用；本文的有限元模型能够准确地模拟N90截面多卷边柱的受力状态。最后,利用本文的有限元模型,通过Matlab调用有限元软件ABAQUS,完成了343根不同偏心加载方式试件的有限元分析计算,拟合出了本文试验中试件的PMM屈服面模型,与基于AISI和DSM的理论PMM屈服面模型进行对比分析,并对PMM屈服面的高等分析应用进行研究。分析结果表明：北美规范(AISI S100-12)中针对压弯构建提出的线性组合公式对本文中研究的N90截面多卷边柱而言,具有一定的适用型,但计算结果太过保守,需要进行修正,建议采用非线性组合形式；对于本文中研究的单轴对称截面构件,当受到非对称轴方向的弯矩时,直接强度法计算结果与有限元分析值吻合性较差,且偏不安全,建议对直接强度法中的抗弯承载力计算公式进行修正；对基于有限元分析的PMM屈服面进行处理,得到不同相位角平面内的八条P-M1-M2曲线,可以在结构分析软件中实现对本文中N90截面多卷边柱塑性铰的自定义。
【关键词】：多卷边柱 N90截面 畸变屈曲 直接强度法 初始几何缺陷 PMM屈服面
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU392.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 前言11-14
• 1.1.1 冷弯薄壁型钢结构的发展与应用11-13
• 1.1.2 冷弯薄壁型钢货架结构13-14
• 1.2 国内外研究现状14-19
• 1.2.1 冷弯薄壁型钢构件畸变屈曲研究现状14-17
• 1.2.2 直接强度法研究现状17-18
• 1.2.3 冷弯薄壁型钢货架立柱的研究现状18-19
• 1.3 研究意义19-20
• 1.4 研究内容与方法20-21
• 第二章 冷弯薄壁型钢构件畸变屈曲承载力计算方法21-31
• 2.1 概述21
• 2.2 弹性畸变屈曲分析方法21-27
• 2.2.1 Lau和Hancock模型21-23
• 2.2.2 有限条法23-27
• 2.3 畸变屈曲承载力计算方法27-29
• 2.3.1 欧洲规范28
• 2.3.2 北美规范28-29
• 2.4 双向偏心受压构件承载力计算方法29-31
• 第三章 冷弯薄壁型钢多卷边柱畸变屈曲性能试验研究31-71
• 3.1 概述31
• 3.2 材料力学性能试验31-36
• 3.2.1 平板区试件拉伸试验31-33
• 3.2.2 转角区试件拉伸试验33-36
• 3.3 N90截面多卷边柱承载力试验36-69
• 3.3.1 试件设计36-38
• 3.3.2 试件加工制作38-45
• 3.3.3 初始几何缺陷测量45-47
• 3.3.4 试验装置与仪表布置47-50
• 3.3.5 试验步骤50
• 3.3.6 试验现象50-56
• 3.3.7 试验结果分析56-69
• 3.4 本章小结69-71
• 第四章 冷弯薄壁型钢多卷边柱畸变屈曲性能有限元分析71-90
• 4.1 有限元软件ABAQUS71
• 4.2 多卷边柱有限元模型建立71-74
• 4.3 初始几何缺陷模型74-80
• 4.3.1 三种初始几何缺陷模型74-75
• 4.3.2 模型3的建立75-78
• 4.3.3 三种模型分析结果对比分析78-80
• 4.4 有限元模型初步分析结果80-82
• 4.5 试验构件有限元结果分析82-89
• 4.5.1 破坏形态82-84
• 4.5.2 荷载-轴向压缩位移曲线84-86
• 4.5.3 荷载-转角曲线86-88
• 4.5.4 极限承载力88-89
• 4.6 本章小结89-90
• 第五章 冷弯薄壁型钢多卷边柱PMM屈服面90-104
• 5.1 概述90
• 5.2 关于PMM屈服面的一些定义90-91
• 5.3 PMM屈服面计算方法91-97
• 5.3.1 基于AISI和DSM的PMM屈服面91-96
• 5.3.2 基于有限元分析的PMM屈服面96-97
• 5.4 两种PMM屈服面对比分析97-101
• 5.4.1 整体模型对比97-98
• 5.4.2 同相位角承载力曲线对比98-101
• 5.5 PMM屈服面的高等分析应用101-102
• 5.6 本章小结102-104
• 第六章 结论与展望104-106
• 6.1 结论104-105
• 6.2 展望105-106
• 附录106-118
• 参考文献118-123
• 作者读研期间的论文123-125
• 致谢125

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本文编号：519663