论文题目: 梭形变截面轴心受压柱的稳定性能与设计方法研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 土木工程
作者: 邓科
导师: 郭彦林
关键词: 梭形柱,薄壁构件,格构柱,剪切刚度,稳定性
文献来源: 清华大学
发表年度: 2005
论文摘要: 梭形变截面轴心受压构件具有优美的建筑外观和良好的稳定性能,在大跨度空间钢结构体系中具有广泛的应用前景。本文综合研究了这种新型构件的弹性屈曲性能和弹塑性稳定极限承载力,建立了其稳定承载力的计算理论和实用设计方法,对这类构件的设计和应用具有重要指导和借鉴意义。分别研究了梭形薄壁圆钢管柱和梭形薄壁方钢管柱两类实腹式变截面轴心受压构件的整体和局部稳定性。通过引入等效惯性矩I eff和等效计算长度系数μ将梭形实腹式变截面轴心受压构件等效为等截面轴心受压构件,推导了它们的等效惯性矩I eff及等效计算长度系数μ的公式。在大量算例研究及分析的基础上,建立了梭形实腹式变截面轴心受压构件整体稳定承载力计算的设计理论及实用计算方法,并给出了防止局部屈曲的径厚比限值和考虑局部与整体相关屈曲的设计理论,可供工程设计人员参考使用。分析了双肢和三肢等截面钢管格构柱剪切刚度的影响因素,推导了其剪切刚度的计算公式。通过大量有限元算例分析,获得了双肢和三肢等截面钢管格构柱的整体弹性屈曲荷载,在此基础上建立了以换算长细比λm与现行钢结构设计规范中柱子曲线相结合的方法,正确评价等截面格构柱的整体稳定极限承载力,并提出了实用计算公式。通过大挠度弹塑性有限元对各类几何参数的等截面钢管格构柱的弹塑性稳定极限承载力的算例分析,证实了该设计理论和方法的合理有效性。通过研究梭形钢管格构柱的剪切刚度和弯曲刚度沿柱轴线的变化情况,从理论上证实了梭形钢管格构柱存在对称弯曲屈曲和反对称剪切屈曲模态的根源。分别通过有限元方法研究了双肢、三肢和多肢梭形钢管格构柱的弹性屈曲荷载和大挠度弹塑性稳定极限承载力,并利用由弹性屈曲荷载反推等效长细比λeff的概念,综合考虑了剪切刚度和弯曲刚度对梭形钢管格构柱稳定性能的影响,进而建立了梭形格构柱稳定极限承载力与等效长细比λeff的关系,最后结合现行钢结构设计规范中柱子曲线提出了其稳定承载力的设计方法,可进一步供工程设计时应用及规范修订时参考。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第1章 引言
1.1 概述
1.2 钢结构的发展
1.3 大跨度钢结构
1.3.1 大跨度结构的发展
1.3.2 空间结构
1.4 变截面受压构件
1.4.1 变截面受压构件的应用
1.4.2 变截面受压构件的研究
1.4.3 变截面受压构件的分类
1.5 本文的研究内容
第2章 结构稳定理论及研究方法
2.1 概述
2.2 结构稳定理论
2.2.1 结构稳定背景
2.2.2 结构稳定分类
2.3 变截面受压柱稳定性能的研究内容
2.3.1 特征值屈曲分析
2.3.2 弹塑性稳定极限承载力分析
2.4 变截面受压柱稳定性能的研究方法
2.4.1 平衡法研究变截面受压构件
2.4.2 变分法研究变截面受压构件
2.4.3 数值方法研究变截面受压构件
2.4.4 变截面受压柱弹性稳定性能研究方法的比较
2.5 有限元方法
2.5.1 非线性有限单元法求解变截面受压柱的屈曲荷载
2.5.2 数值迭代求解策略
2.6 本文研究方法
第3章 梭形薄壁圆钢管柱
3.1 概述
3.2 梭形圆钢柱的弹性屈曲性能
3.2.1 理论方法
3.2.2 有限元法
3.2.3 讨论
3.3 梭形薄壁圆钢管柱的弹性屈曲性能
3.3.1 整体屈曲
3.3.2 局部屈曲
3.4 梭形薄壁圆钢管柱的稳定极限承载力
3.5 梭形薄壁圆钢管柱稳定设计方法
3.5.1 整体稳定计算
3.5.2 局部稳定计算
3.6 本章小结
第4章 梭形薄壁方钢管柱
4.1 概述
4.2 梭形薄壁方钢管柱的弹性屈曲性能
4.2.1 整体屈曲
4.2.2 局部屈曲
4.2.3 梭形薄壁方钢管柱的整体屈曲与局部屈曲
4.3 梭形薄壁方钢管柱的弹塑性稳定极限承载力
4.3.1 有限元计算模型
4.3.2 整体屈曲弹塑性稳定极限承载力
4.3.3 整体与局部相关屈曲弹塑性稳定极限承载力
4.3.4 结果评价与分析
4.4 梭形薄壁方钢管柱稳定设计方法
4.4.1 无板件局部屈曲的稳定计算
4.4.2 允许板件局部屈曲的稳定计算
4.5 本章小结
第5章 等截面钢管格构柱
5.1 概述
5.2 考虑剪切变形影响的轴心受压柱的弹性屈曲荷载
5.2.1 平衡法
5.2.2 变分法
5.2.3 理论方法讨论
5.3 双肢等截面钢管格构柱的弹性屈曲荷载
5.4 三肢等截面钢管格构柱的弹性屈曲荷载
5.4.1 弯曲刚度(截面惯性矩)
5.4.2 剪切刚度
5.4.3 三肢等截面钢管格构柱的弹性屈曲荷载
5.5 有限元法计算等截面钢管格构柱
5.5.1 双肢等截面钢管格构柱的弹性屈曲荷载
5.5.2 双肢等截面钢管格构柱的弹塑性稳定极限承载力
5.5.3 三肢等截面钢管格构柱的弹性特征值屈曲荷载
5.5.4 三肢等截面钢管格构柱的弹塑性稳定极限承载力
5.6 等截面钢管格构柱稳定设计方法
5.6.1 整体稳定计算
5.6.2 分肢稳定计算
5.7 本章小结
第6章 双肢梭形钢管格构柱
6.1 概述
6.2 双肢梭形钢管格构柱的弹性屈曲荷载
6.2.1 不考虑剪切变形影响时双肢梭形钢管格构柱对称屈曲荷载
6.2.2 双肢梭形钢管格构柱剪切刚度
6.2.3 考虑剪切变形影响时双肢梭形钢管格构柱对称屈曲荷载
6.2.4 双肢梭形钢管格构柱反对称屈曲荷载
6.2.5 双肢梭形钢管柱弹性屈曲荷载的讨论
6.3 有限元法计算双肢梭形钢管格构柱弹性屈曲荷载
6.3.1 有限元计算模型及结果
6.4 双肢梭形钢管格构柱的弹塑性稳定极限承载力
6.4.1 大挠度弹塑性有限元计算模型
6.4.2 结果评价与分析
6.5 双肢梭形钢管格构柱稳定设计方法
6.5.1 整体稳定计算
6.5.2 分肢稳定计算
6.6 本章小结
第7章 三肢梭形钢管格构柱
7.1 概述
7.2 三肢梭形钢管格构柱的弹性稳定性能
7.2.1 不考虑剪切变形影响时三肢梭形钢管格构柱对称屈曲荷载
7.2.2 三肢梭形钢管格构柱的剪切刚度
7.2.3 考虑剪切变形影响时三肢梭形钢管格构柱对称屈曲
7.2.4 三肢梭形钢管格构柱反对称屈曲
7.3 有限元法计算三肢梭形钢管格构柱的弹性屈曲荷载
7.4 三肢梭形钢管格构柱的弹塑性稳定极限承载力
7.4.1 大挠度弹塑性有限元计算
7.4.2 结果评价与分析
7.5 三肢梭形钢管格构柱稳定设计方法
7.5.1 整体稳定计算
7.5.2 分肢稳定计算
7.5.3 设计建议
7.6 本章小结
第8章 多肢梭形钢管格构柱
8.1 概述
8.2 四肢梭形钢管格构柱的弹性屈曲性能
8.3 四肢梭形钢管格构柱的弹塑性稳定极限承载力
8.4 五肢梭形钢管格构柱的弹性屈曲性能
8.5 五肢梭形钢管格构柱的弹塑性稳定极限承载力
8.6 多肢梭形钢管格构柱稳定设计方法
8.6.1 整体稳定计算
8.6.2 分肢稳定计算
8.7 本章小结
第9章 结论与展望
9.1 结论
9.2 有待深入的工作
参考文献
致谢
声明
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
个人简历
发表的学术论文
发布时间: 2006-06-29
参考文献
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