不锈钢卷边C型短柱压弯性能试验及理论研究
发布时间：2021-01-13 22:04
不锈钢耐腐蚀性强、外观光洁、回收利用率高、高温性能和韧性明显优于碳素钢,部分牌号还有无磁性等特殊属性,这些优良性能近年来促进了不锈钢结构的应用。与此同时,高昂的材料造价则成为了不锈钢结构广泛应用的最大障碍。薄壁构件有较高的比强度与比刚度、冷作硬化程度高、材料利用率高,尤其适用于材料造价偏高的不锈钢结构。然而,日趋复杂多样的薄壁截面形式、非线性的材料本构特征使薄壁不锈钢构件屈曲行为较为复杂,其屈曲性能与设计方法有待深入研究。针对压弯构件设计验算,现行结构设计规范均采用统一的、线性组合形式的压、弯相关强度表达式,这一设计公式常偏于保守,且不能有针对性地体现具有不同屈曲特征的各类截面的承载性能。研究并提出更准确的不锈钢构件压弯作用相关强度设计公式,将有助于实现更为经济的设计方案,具有重要的理论和实用价值。本文基于试验研究、数值模拟与理论分析,研究卷边C型薄壁不锈钢短柱在轴压与压弯联合作用下的截面屈曲行为、承载能力及影响参数。基于直接强度法探究了该类构件准确、高效的截面承载能力设计公式。（1）不锈钢卷边C型短柱压弯试验本文设计并进行了24根短柱压弯试验,基于合理的截面选择、加载装置及加载参数设...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不锈钢早期应用
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-1-3d)e)列举了两例因钢材锈蚀削弱结构安全性能的事例。a)SilverBridge坍塌西弗吉尼亚，1967年b)“11·22”特大事故青岛，2013年c)Kinzua桥坍塌宾夕法尼亚，2003年d)南渡江铁桥海南海口，2013年e)金门大桥附近锁链旧金山，2008年f)碳素钢（左）与不锈钢（右）图1-3钢结构因锈蚀导致结构破坏不锈钢最大的特点在于其耐腐蚀的性质：建成于1930年的美国纽约克莱斯勒大厦采用奥氏体302不锈钢作为屋顶及表面装饰（如图1-2a)所示），屋顶光洁靓丽，90年来仅清洗过两次，且未受腐蚀影响。不锈钢的应用是解决钢结构锈蚀问题的理想选择。不锈钢适用于核设施、污水处理厂、化工厂、近海结构及海洋平台等对结构防腐性能、耐久性能等有特殊要求的建筑结构，可有效减少其维护费用，增加结构使用寿命。1.1.2.2相比碳素钢和铝合金更好的抗火性能0200400600800100012000.00.20.40.60.81.0强度折减系数ky温度/℃钢材304不锈钢3Cr12不锈钢2205不锈钢3004-H34铝合金5005-O铝合金5083-O铝合金5454-O铝合金6063-T6铝合金6082-T6铝合金0200400600800100012000.00.20.40.60.81.0弹性模量折减系数kE,温度/℃钢材不锈钢铝合金a)强度折减系数b)弹性模量折减系数图1-4欧洲规范中钢材、铝合金、不锈钢在高温环境中强度与弹性模量折减系数钢材热物理特性与力学性能会随温度升高而发生变化。根据欧洲规范
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-7-图1-6薄壁不锈钢材料本构曲线与普通低碳钢材料本构曲线对比[24]1.1.4薄壁不锈钢构件的屈曲模态冷弯薄壁不锈钢构件因其冷成型加工、薄壁、截面种类繁多、作用形式复杂多样等特点，在高利用率的同时会出现显著的屈曲（Buckling，也有文献译为“失稳”）问题。以卷边C型截面构件为例，在力的作用下，该截面可能会受到多种屈曲模态的影响，如局部屈曲、畸变屈曲、整体屈曲以及耦合屈曲，如图1-7所示。其中，L0表示构件的计算长度，L1表示构件局部屈曲的半波长，Ld表示构件畸变屈曲的半波长。以卷边C型截面为例，局部屈曲是指在力的作用下，构件变形仅包含板件的屈曲，腹板与翼缘、翼缘与卷边之间的交线保持挺直、不发生相对位移，且交角保持不变的一类屈曲模态。构件发生局部屈曲时半波长较短，在构件计算长度范围内形成多个长度大致相等、凹凸不平的半波；根据小挠度理论，可使用公式（1-1）计算各板件局部屈曲的临界应力cr。()()2cr22=121/kEbt(1-1)式中k——板件稳定系数，该系数与板的支承条件、受力状态等有关，对于均压、二边支承板k=4.0；一边支承、一边自由板k=0.425；——泊松比；b/t——板件宽厚比。当板件达到临界应力cr后，可继续承受外荷载，这种现象称为板件的屈曲后强度，该强度主要是由板件的横向薄膜效应造成的。板件达到屈曲荷载后内力重分布，这也是形成板件屈曲后强度的原因。板件屈曲后强度应使用
【参考文献】：
期刊论文
[1]非线性金属结构材料轴压短柱承载力直接强度法[J]. 杨飞,袁焕鑫,杜新喜,程晓燕. 武汉大学学报(工学版). 2020(03)
[2]解剖由腐蚀造成不安全、污染环境和破坏资源的重大事件[J]. 全面腐蚀控制. 2018(05)
[3]冷弯厚壁钢管短柱试验及规范公式比较[J]. 温东辉,沈祖炎,李元齐,朱少文. 同济大学学报(自然科学版). 2016(08)
[4]卷边C形截面不锈钢短柱承载力直接强度法[J]. 范圣刚,郑宝锋,刘美景,刘芳,陶玥林. 东南大学学报(自然科学版). 2014(06)
[5]不锈钢材料常温力学性能试验研究[J]. 郑宝锋,舒赣平,沈晓明. 钢结构. 2011(05)
[6]不锈钢结构的应用和研究现状[J]. 王元清,袁焕鑫,石永久,高博,戴国欣. 钢结构. 2010(02)
[7]卷边槽钢偏心受压构件极限承载力的直接强度计算方法研究[J]. 王春刚,张耀春. 工程力学. 2009(02)
[8]冷弯薄壁型钢构件的直接强度法[J]. 何保康,蒋路. 建筑结构. 2007(01)
[9]薄壁短柱轴压承载力的非线性有限元分析与计算[J]. 王春刚,张耀春. 建筑结构. 2006(08)
[10]冷弯薄壁型钢构件的直接强度设计法[J]. 陈骥. 建筑钢结构进展. 2003(04)
博士论文
[1]冷成型不锈钢结构受力性能的关键问题研究[D]. 郑宝锋.东南大学 2017
[2]薄壁不锈钢轴压构件的极限承载力[D]. 朱浩川.浙江大学 2014
硕士论文
[1]双卷边不等肢角钢冷弯薄壁型钢柱轴压稳定承载力研究[D]. 徐步洲.西安建筑科技大学 2017
本文编号：2975630
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不锈钢早期应用
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-1-3d)e)列举了两例因钢材锈蚀削弱结构安全性能的事例。a)SilverBridge坍塌西弗吉尼亚，1967年b)“11·22”特大事故青岛，2013年c)Kinzua桥坍塌宾夕法尼亚，2003年d)南渡江铁桥海南海口，2013年e)金门大桥附近锁链旧金山，2008年f)碳素钢（左）与不锈钢（右）图1-3钢结构因锈蚀导致结构破坏不锈钢最大的特点在于其耐腐蚀的性质：建成于1930年的美国纽约克莱斯勒大厦采用奥氏体302不锈钢作为屋顶及表面装饰（如图1-2a)所示），屋顶光洁靓丽，90年来仅清洗过两次，且未受腐蚀影响。不锈钢的应用是解决钢结构锈蚀问题的理想选择。不锈钢适用于核设施、污水处理厂、化工厂、近海结构及海洋平台等对结构防腐性能、耐久性能等有特殊要求的建筑结构，可有效减少其维护费用，增加结构使用寿命。1.1.2.2相比碳素钢和铝合金更好的抗火性能0200400600800100012000.00.20.40.60.81.0强度折减系数ky温度/℃钢材304不锈钢3Cr12不锈钢2205不锈钢3004-H34铝合金5005-O铝合金5083-O铝合金5454-O铝合金6063-T6铝合金6082-T6铝合金0200400600800100012000.00.20.40.60.81.0弹性模量折减系数kE,温度/℃钢材不锈钢铝合金a)强度折减系数b)弹性模量折减系数图1-4欧洲规范中钢材、铝合金、不锈钢在高温环境中强度与弹性模量折减系数钢材热物理特性与力学性能会随温度升高而发生变化。根据欧洲规范
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-7-图1-6薄壁不锈钢材料本构曲线与普通低碳钢材料本构曲线对比[24]1.1.4薄壁不锈钢构件的屈曲模态冷弯薄壁不锈钢构件因其冷成型加工、薄壁、截面种类繁多、作用形式复杂多样等特点，在高利用率的同时会出现显著的屈曲（Buckling，也有文献译为“失稳”）问题。以卷边C型截面构件为例，在力的作用下，该截面可能会受到多种屈曲模态的影响，如局部屈曲、畸变屈曲、整体屈曲以及耦合屈曲，如图1-7所示。其中，L0表示构件的计算长度，L1表示构件局部屈曲的半波长，Ld表示构件畸变屈曲的半波长。以卷边C型截面为例，局部屈曲是指在力的作用下，构件变形仅包含板件的屈曲，腹板与翼缘、翼缘与卷边之间的交线保持挺直、不发生相对位移，且交角保持不变的一类屈曲模态。构件发生局部屈曲时半波长较短，在构件计算长度范围内形成多个长度大致相等、凹凸不平的半波；根据小挠度理论，可使用公式（1-1）计算各板件局部屈曲的临界应力cr。()()2cr22=121/kEbt(1-1)式中k——板件稳定系数，该系数与板的支承条件、受力状态等有关，对于均压、二边支承板k=4.0；一边支承、一边自由板k=0.425；——泊松比；b/t——板件宽厚比。当板件达到临界应力cr后，可继续承受外荷载，这种现象称为板件的屈曲后强度，该强度主要是由板件的横向薄膜效应造成的。板件达到屈曲荷载后内力重分布，这也是形成板件屈曲后强度的原因。板件屈曲后强度应使用
【参考文献】：
期刊论文
[1]非线性金属结构材料轴压短柱承载力直接强度法[J]. 杨飞,袁焕鑫,杜新喜,程晓燕. 武汉大学学报(工学版). 2020(03)
[2]解剖由腐蚀造成不安全、污染环境和破坏资源的重大事件[J]. 全面腐蚀控制. 2018(05)
[3]冷弯厚壁钢管短柱试验及规范公式比较[J]. 温东辉,沈祖炎,李元齐,朱少文. 同济大学学报(自然科学版). 2016(08)
[4]卷边C形截面不锈钢短柱承载力直接强度法[J]. 范圣刚,郑宝锋,刘美景,刘芳,陶玥林. 东南大学学报(自然科学版). 2014(06)
[5]不锈钢材料常温力学性能试验研究[J]. 郑宝锋,舒赣平,沈晓明. 钢结构. 2011(05)
[6]不锈钢结构的应用和研究现状[J]. 王元清,袁焕鑫,石永久,高博,戴国欣. 钢结构. 2010(02)
[7]卷边槽钢偏心受压构件极限承载力的直接强度计算方法研究[J]. 王春刚,张耀春. 工程力学. 2009(02)
[8]冷弯薄壁型钢构件的直接强度法[J]. 何保康,蒋路. 建筑结构. 2007(01)
[9]薄壁短柱轴压承载力的非线性有限元分析与计算[J]. 王春刚,张耀春. 建筑结构. 2006(08)
[10]冷弯薄壁型钢构件的直接强度设计法[J]. 陈骥. 建筑钢结构进展. 2003(04)
博士论文
[1]冷成型不锈钢结构受力性能的关键问题研究[D]. 郑宝锋.东南大学 2017
[2]薄壁不锈钢轴压构件的极限承载力[D]. 朱浩川.浙江大学 2014
硕士论文
[1]双卷边不等肢角钢冷弯薄壁型钢柱轴压稳定承载力研究[D]. 徐步洲.西安建筑科技大学 2017
本文编号：2975630
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