考虑初始缺陷的中厚壁冷弯方矩管柱极限承载力研究

论文摘要

近年来冷弯型钢构件由于加工的方便性和经济性在工程中得到了广泛的应用。随着加工技术的进步,冷成型钢构件的壁厚也越来越大。壁厚大于6mm的中厚壁冷弯方矩形钢管柱以其惯性矩大、稳定承载力高等优点,在建筑钢结构中具有良好的应用前景。针对轴压钢构件的稳定极限承载力的计算,我国目前有两种相应的技术规范:《钢结构设计规范》（GB50017-2003）和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）。前者主要针对热轧型钢截面或焊接组合截面的构件,而后者仅适用于钢板厚度不大于6mm的冷弯型钢。这两种规范是否可以应用于中厚壁冷弯型钢构件的整体稳定性计算尚不得而知。因此,对壁厚大于6mm的中厚壁冷弯型钢构件性能的研究具有一定的理论意义和工程应用价值。残余应力的存在使得钢结构轴压构件中的某些部位提前进入了塑性状态,导致构件的屈曲承载力降低。初始几何缺陷及钢材冷作硬化对冷弯型钢轴压构件的稳定极限承载力也有较大的影响。上述三种因素统称为初始缺陷。针对厚度大于6mm的中厚壁冷弯型轴压钢构件,目前国内外相关的研究文献很少考虑这些缺陷对其整体稳定承载力的影响。本文在国内外相关研究工作的基础上,总结了在考虑初始缺陷影响的前提下轴心压杆稳定承载力的计算方法,并以武汉轧钢厂生产的四种不同截面的典型中厚壁冷弯方矩形管轴压构件为研究对象,提出了其残余应力的分布及大小,在测试结果的基础上总结了构件初始几何缺陷和材料硬化的分布规律和数值。采用ABAQUS有限元分析软件,在考虑初始几何缺陷、残余应力、冷弯强化效应的前提下,对厚度为8-9mm的中厚壁冷弯方矩管柱轴压极限承载力进行了的分析和计算,并与相应的极限承载力试验值进行了比较,两者符合较好,从而验证了有限元建模方法的正确性。在此基础上,对不同长度的中厚壁冷弯方矩形管轴压构件进行了一系列的有限元分析,总结了其柱子曲线,并与《钢结构设计规范》（GB50017-2003）和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）的计算结果进行了比较,得到了一些有益的结论,为类似构件的进一步研究提供参考,并为规范的修订补充提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外冷弯型钢的发展状况
• 1.2.1 冷弯型钢在国外的发展状况
• 1.2.2 冷弯型钢在我国的发展状况
• 1.3 冷弯型钢在国内外的研究状况
• 1.3.1 冷弯型钢在国外的研究状况
• 1.3.2 冷弯型钢在我国的研究状况
• 1.4 课题的提出
• 1.5 本文研究内容
• 第2章 初始缺陷及对轴压柱整体稳定承载力的影响
• 2.1 引言
• 2.2 轴心受压构件整体稳定理论
• 2.2.1 理想轴心受压构件的弯曲屈曲
• 2.2.2 理想轴心受压构件的非弹性屈曲
• 2.3 轴心受压构件的缺陷及其对构件整体稳定性的影响
• 2.3.1 冷弯效应的影响
• 2.3.2 初始几何缺陷的影响
• 2.3.2.1 构件初弯曲（初挠度）的影响
• 2.3.2.2 构件初偏心的影响
• 2.3.2.3 规范中考虑几何缺陷影响的方法
• 2.3.3 残余应力的影响
• 2.3.4 几种缺陷的综合影响
• 第3章 冷弯方矩型管初始缺陷的检测及分布
• 3.1 冷弯残余应力的检测与分布
• 3.1.1 传统的残余应力的检测方法
• 3.1.1.1 有损检测法
• 3.1.1.2 无损检测法
• 3.1.2 残余应力的分布
• 3.2 初始几何缺陷的检测与分布
• 3.3 冷弯强化效应的检测及检测结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 考虑初始缺陷的中厚壁冷弯方矩管柱轴压极限承载力分析与比较
• 4.1 引言
• 4.2 有限元分析软件ABAQUS简介
• 4.3 有限元模型的建立
• 4.3.1 单元类型与网络
• 4.3.2 材料属性
• 4.3.3 冷弯残余应力
• 4.3.4 初始几何缺陷
• 4.3.5 边界约束
• 4.3.6 分析方法
• 4.4 有限元结果分析与比较
• 4.4.1 与实验比较验证有限元建模的正确性
• 4.4.2 冷弯方矩管柱有限元分析结果与规范计算结果对比
• 4.4.2.1 我国现行两种相关规范的算法
• 4.4.2.2 极限承载力有限元分析结果与规范计算结果的比较
• 4.4.2.3 有限元分析的稳定系数与规范计算值的比较
• 4.4.2.4 初始几何缺陷及初始残余应力对构件极限承载力的影响比较
• 4.4.2.5 初始缺陷对构件轴向荷载-压缩变形曲线的影响比较
• 第5章 结论与展望
• 5.1 本文结论
• 5.2 有待研究的问题
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢