高强冷弯薄壁卷边槽钢柱畸变屈曲非线性有限元分析

论文摘要

近几年来,屈服强度达到550MPa的高强冷弯薄壁型钢构件在国外低层冷弯薄壁型钢住宅和门式刚架体系中已开始应用。但是我国现行标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002中的设计规定均建立在Q235和Q345钢材试验研究结果的基础上。随着冷弯薄壁型钢构件朝着高强、超薄和复杂截面形式的趋势发展,畸变屈曲成了近年来国内外冷弯薄壁型钢结构研究领域的重要课题。本文在查阅大量文献和已有试验结果的基础上,借住有限元分析软件ANSYS,对高强冷弯薄壁型钢轴压构件畸变屈曲性能和稳定承载力进行了材料、几何非线性数值模拟分析,包括以下主要内容:（1）建立材料的本构关系,考虑几何缺陷的大小,对高强冷弯薄壁型钢轴压构件进行有限元分析,并将有限元计算结果与已有的试验结果进行比较,取得了与试验结果较吻合的计算分析结果。（2）本文在有限元分析中着重研究了不同腹板高度、翼缘宽度、卷边高度、厚度、长度、初始缺陷值大小对高强冷弯薄壁型钢槽形截面轴压构件的屈曲形式和极限承载力的影响。（3）在数值分析的基础上,提出应用修正直接强度法计算高强冷弯薄壁型钢轴压柱极限承载力的建议方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 冷弯薄壁型钢畸变屈曲的相关研究
• 1.2.1 冷弯薄壁型钢结构的的发展与特点
• 1.2.2 冷弯薄壁型钢结构畸变屈曲的主要特点
• 1.2.3 国内外畸变屈曲的研究概况
• 1.3 国内外高强冷弯薄壁型钢相关研究
• 1.3.1 国外高强冷弯薄壁型钢的研究与应用
• 1.3.2 国内高强冷弯薄壁型钢的研究与应用
• 1.4 本文的研究目的及意义
• 1.5 本文主要内容
• 第二章 冷弯薄壁型钢构件轴心受压畸变屈曲理论分析
• 2.1 冷弯薄壁型钢轴心受压构件屈曲模式
• 2.2 冷弯薄壁型钢轴心受压构件畸变屈曲理论研究
• 2.2.1 Lau 和Hancock 的研究成果
• 2.2.2 Davies 和Leach 的广义梁理论
• 2.2.3 腾锦光、姚谏等人的研究
• 2.3 小结
• 第三章 高强冷弯薄壁型钢轴压柱有限元分析理论及模型建立
• 3.1 概述
• 3.2 高强冷弯薄壁型钢轴压构件有限元模型的特点
• 3.2.1 材料的非线性本构关系
• 3.2.2 几何非线性
• 3.2.3 几何缺陷影响
• 3.2.4 残余应力及冷弯效应的影响
• 3.3 有限元模型建立
• 3.3.1 单元类型和材料属性
• 3.3.2 模型建立和网格划分
• 3.3.3 边界约束与加载模拟
• 3.4 模型的求解与后处理
• 3.4.1 特征值屈曲分析概述
• 3.4.2 特征值屈曲分析过程
• 3.5 非线性屈曲分析
• 3.5.1 非线性屈曲分析介绍
• 3.5.2 非线性屈曲分析过程
• 3.6 小结
• 第四章 高强冷弯薄壁型钢轴压柱畸变屈曲有限元分析
• 4.1 槽形截面轴压柱畸变屈曲性能有限元分析
• 4.2 有限元分析结果与试验结果比较
• 4.2.1 极限承载力的对比分析
• 4.2.2 荷载-压缩位移曲线的对比分析
• 4.3 畸变屈曲影响因素分析
• 4.3.1 长度对极限承载力的影响
• 4.3.2 厚度对极限承载力的影响
• 4.3.3 卷边高度对极限承载力的影响
• 4.3.4 腹板高度、翼缘宽度对极限承载力的影响
• 4.3.5 初始缺陷对极限承载力的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 高强冷弯薄壁型钢轴压柱畸变屈曲承载力分析
• 5.1 概述
• 5.2 有效宽度法
• 5.2.1 有效宽度法概念
• 5.2.2 美国AISI 规范有效宽度统一设计公式
• 5.3 直接强度法（DSM）
• 5.3.1 DSM 介绍
• 5.3.2 受压构件的DSM 的计算公式
• 5.4 各种计算方法结果分析
• 5.4.1 按澳洲规范AS/NZS4600：1996 的计算和分析
• 5.4.2 按Schafer 直接强度法（D 公式） 计算与分析比较
• 5.4.3 按Hancock 直接强度法（D+E 公式） 计算与分析比较
• 5.4.4 按DemaoYang 直接强度法（D+E 修正公式） 计算与分析比较
• 5.5 各种计算方法比较分析
• 5.5.1 承载力分析
• 5.5.2 稳定系数分析
• 5.5.3 本文建议计算方法
• 5.6 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文
• 致谢
• 附录