冷弯薄壁卷边截面受弯构件的畸变屈曲

论文摘要

冷弯薄壁型钢以其自重轻、截面特性佳、工业化生产程度高、安装方便等优点,广泛用于各类工业和民用建筑。作为控制冷弯薄壁型钢承载能力的重要屈曲模式之一,畸变屈曲逐渐受到重视。本文对冷弯薄壁卷边C形钢的受弯畸变进行了深入研究。首先对弯矩绕强轴作用的情形,应用伽辽金法提出弯曲应力作用下的腹板转动刚度约束公式,在既有模型的基础上结合广义梁理论进行参数分析,推导出受弯弹性畸变屈曲荷载的简化计算方法。通过与已有理论对比,证明本文公式具有较高的精度。接下来应用有限元软件ABAQUS对冷弯薄壁卷边C形钢进行弹性和弹塑性分析。弹性分析中对斜卷边构件进行了详尽的参数分析,给出构件长度和卷边角度对屈曲荷载的影响系数公式,通过这个修正参数扩展了简化计算公式的使用范围。弹塑性分析主要研究受弯构件的弹塑性畸变屈曲荷载和极限承载力,分析了初始缺陷对畸变屈曲极限承载力的影响。然后就连杆、隔板、斜杆等多种加固措施对畸变屈曲的控制作用进行定量分析。变化加固间距进行弹性有限元分析,通过参数分析提出三种加固方式下的弹性屈曲荷载提升系数公式。其后对加固效果进行弹塑性分析,进一步验证加固方式的有效性。结合用钢量分析,给出最佳加固方式。最后将C形钢畸变屈曲荷载公式推广到Z形钢,推导计算了需要修改的相关参数,得到Z形钢的受弯畸变屈曲荷载简化计算公式。应用ABAQUS分析了构件长度和卷边角度对屈曲荷载的影响。对相同截面尺寸的C形钢和Z形钢进行对比,发现两者的屈曲荷载非常接近。

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致谢

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 课题背景

1.1.1 冷弯薄壁型钢的应用状况

1.1.2 冷弯薄壁型钢的屈曲类型

1.1.3 畸变屈曲的理论研究

1.1.4 畸变屈曲的试验研究

1.1.5 畸变屈曲的加固措施

1.2 课题的研究目的

1.3 本文主要内容

第2章受弯构件畸变屈曲的理论分析

2.1 概述

2.2 受弯弹性畸变屈曲荷载的理论模型

2.2.1 Sharp方法

2.2.2 Lau和Hancock方法

2.2.3 滕锦光、姚谏方法

2.2.4 Schafer和Pekoz方法

2.3 受弯弹性畸变屈曲的数值研究方法

2.3.1 有限条法

2.3.2 有限元法

2.3.3 广义梁理论

2.4 受弯构件极限荷载的计算方法

2.4.1 有效宽度法

2.4.2 直接强度法

第3章受弯C形钢弹性畸变屈曲荷载的简化计算

3.1 概述

3.2 弯曲应力作用下转动约束刚度的简化计算

3.2.1 平衡微分方程和边界条件

3.2.2 伽辽金法求解

3.2.3 有限元分析比较

3.2.4 约束刚度的简化计算

3.3 绕强轴弯矩作用下弹性畸变屈曲荷载的简化计算

3.3.1 理论模型

3.3.2 相关参数分析

3.4 简化公式及比较

3.5 算例

3.6 弹性屈曲荷载综合计算方法

3.6.1 各种模式的屈曲荷载计算方法

3.6.2 屈曲模式的确定和影响因素

3.7 本章小结

第4章卷边C形钢受弯畸变屈曲的有限元分析

4.1 概述

4.2 线弹性有限元分析

4.2.1 有限元模型的建立

4.2.2 有限元模型的验证

4.2.3 构件长度和卷边角度对构件弹性屈曲荷载的影响分析

4.3 弹塑性有限元分析

4.3.1 有限元模型的建立

4.3.2 有限元模型的验证

4.3.3 不考虑初始缺陷的弹塑性分析

4.3.4 初始缺陷对构件承载力的影响

4.4 本章小结

第5章卷边C形钢受弯畸变屈曲的加固研究

5.1 概述

5.2 三种加固方式的弹性有限元分析

5.2.1 有限元模型的建立

5.2.2 连杆加固的弹性分析

5.2.3 隔板加固的弹性分析

5.2.4 斜杆加固的弹性分析

5.3 三种加固方式的弹塑性有限元分析

5.3.1 不考虑初始缺陷的弹塑性分析

5.3.2 初始缺陷对加固效果的影响

5.4 三种加固方式的比较

5.5 本章小结

第6章卷边Z形钢受弯畸变屈曲分析

6.1 概述

6.2 Z形钢受弯畸变的理论分析

6.2.1 理论模型

p、m_ξ1、m_ξ2'>6.2.2 转化参数m_p、m_ξ1、m_ξ2

6.2.3 修正参数α的计算

6.2.4 简化公式及比较

6.2.5 算例

6.3 Z形钢受弯畸变的弹性有限元分析

6.3.1 有限元模型的建立与验证

6.3.2 构件长度对Z形钢弹性屈曲的影响

6.3.3 卷边角度对Z形钢弹性屈曲的影响

6.3.4 C形钢和Z形钢的比较

6.4 本章小结

第7章结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

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