冷弯薄壁型钢受弯构件的屈曲模态研究及其在稳定承载力设计方法中的应用

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1、冷弯薄壁型钢受弯构件的屈曲模态研究及其在稳定承载力设计方法中的应用重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：胡杰文指导教师：戴国欣教授专业：结构工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二〇一五年五月Thebucklingmodeanalysisofcold-formedsteelandit’sapplicationindesignmethodAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByHu

2、JiewenSupervisedbyProf.DaiGuoxinSpecialty:StructuralEngineeringCollegeofCivilEngineeringofChongqingUniversityChongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要稳定问题是冷弯薄壁型钢构件承载力的重要因素。薄壁构件主要存在三种屈曲模式：局部屈曲、畸变屈曲、整体屈曲，构件的失稳常表现为数种屈曲模式之间的耦合。当前各国设计规范计算冷弯薄壁型钢构件稳定承载能力的方法不尽相同。主要有两种方法：有效宽度法和直接强度法。前者通过折减组成板件的宽度考虑屈曲影

3、响，按有效板件组成的有效截面计算构件承载力，后者通过折减构件的应力考虑屈曲影响，按全截面计算构件承载力。然而当荷载条件和截面几何构成较复杂时，板件的有效宽度以及相应几何特性的计算变得困难，此外当考虑畸变屈曲对承载力的影响时，宽度折减这一等效机制的力学意义和有效性有所欠缺，导致有效宽度法的应用受到限制。直接强度法较好的解决了这两个问题，但目前也存在一定的缺陷：一是直接强度法计算所选取的基本弹性屈曲模式在方法上和理论上是相互脱节的，二是用于求解屈曲临界力的有限条分法对于荷载和位移边界条件的适应性较差，对屈曲模态的判别和屈曲临界力的求解存在误差等。本文针对当前冷

4、弯薄壁型钢受弯构件的承载能力设计方法开展了下述研究：①总结了中国、美国、澳大利亚/新西兰规范中关于冷弯薄壁型钢受弯构件的承载力计算方法即有效宽度法和直接强度法。同时对直接强度法中的弹性屈曲临界力的求解方法，包括解析法和数值方法，做出了详细的总结。此外，还分析了有效宽度法和直接强度法的优点和存在的问题，提出改进薄壁构件屈曲模态分析并发展相应直接强度法的必要性。②借鉴有限条分法和广义梁理论，基于有限元，通过约束算法的实现，求解冷弯薄壁型钢受弯构件在等端弯矩荷载作用下的纯模态弹性屈曲临界力，通过与已有方法的对比，论证其准确性。分析了不等端弯矩以及不同约束条件对局

5、部和畸变屈曲临界力的影响，并量化非纯弯荷载对畸变屈曲临界力的影响，通过与实验的对比，验证本文提出的量化方法的准确性。③收集了北美规范和澳大利亚/新西兰规范建立直接强度法所依据的所有实验数据，并补充了所收集到的近期实验数据，通过逐个甄别建立了共计484个实验构件的样本库，完成基于ANSYS的纯模态弹性屈曲分析，并拟合了用于计算构件稳定承载能力的基于纯模态弹性屈曲临界力的直接强度法。④针对收集到的实验数据，分别采用拟合公式、中国规范(GB50018-2002)、北美规范(AISIS100-2007)中的有效宽度法和直接强度法计算实验构件承载力，并与实验结果进行

6、对比，表明本文提出的承载力计算方法计算的构件稳定承载力时优于现有方法中的计算结果。分析同时表明我国现行《冷弯薄壁型钢结构技术规I重庆大学硕士学位论文范》(GB50018-2002)的方法准确性有所不足，而本文所提出的方法可供设计和分析时参考。关键词：冷弯薄壁型钢；单纯屈曲临界弯矩；直接强度法；约束有限元II英文摘要ABSTRACTThestabilityisthekeyproblemforcold-formedsteelbearingcapacity.Therearethreebucklingmodesforthin-walledmembers,inclu

7、dinglocalbuckling,distortionalbucklingandglobalbuckling.Thewaysforcalculatingthebearingcapacityofthin-walledmembersaccordingtospecificationfromdifferentcountriesaredifferent.Theeffectivesectionmethodbyreducingthewidthofplatestoaccountfortheeffectofbucklingandthedirectstrengthmetho

8、dbyreducingthestresstoaccountfort