十形闭口截面压弯构件整体稳定性分析.pdf

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1、浙江建筑，第33卷，第10期，2016年10月ZhejiangConstruction，Vo1．33，No．10，Oct．2016十形闭口截面压弯构件整体稳定性分析AnalysisofGlobalStabilityontheBendedUnitswithCrossCIosedSection赵滇生，郑舒蘅ZHAODiansheng，ZHENGShuheng(浙江工业大学建筑工程学院，浙江杭州310014)摘要：根据能量法推导十形闭口截面构件压弯临界屈曲方程，进而求解得到实用计算公式，再使用ANSYS有限元软件分析其在

2、单向压弯下的屈曲性能。并分析材料非线性、几何非线性和残余应力等因素影响下长细比对该类截面钢柱整体稳定性的影响。关键词：十形闭El截面；稳定性；非线性；长细比；ANSYS中图分类号：TU375．3文献标志码：B文章编号：1008—3707(2016)10—0004—04现今多高层民用钢结构住宅中多使用箱型或H为闭口截面广义扇形惯性积；型钢柱，室内出现凸角，影响建筑美感和使用功能。E为换算弹性模量；钢结构异形柱能够完美地解决上述的问题⋯。本i。为对剪心的极回转半径；文将根据能量法推导任意闭口截面钢柱的微分方A为截面面积

3、。程，通过求解弯扭屈曲平衡方程得到实用计算公式。忽略屈曲前变形的影响，将两端简支的边界条再通过有限元分析各类非线性情况下钢柱的稳定件代入式(1)可得十形闭口截面钢柱弯扭屈曲内力性能。相关方程：i(P一P)(P一P)(P一P)一(P一P)一1十形闭口截面压弯构件理论公式的推导M：(P一P)=0(2)1．1十形闭口截面压弯构件屈曲荷载的推导孚，丁~r2EIy，El~b7rz件屈誉曲时的总势能Ⅱ篙的一阶萎变分8玎=0，可以得到热一～十形闭13截面压弯构件弯扭屈曲平衡微分方程：El，(4)+P”+M”=0将M=一P·e，M

4、=一P·e代人式(2)中，化简后可得关于P的一元三次方程：El，+一M=0(1)yE1，()P+曰P+CP+D=0(3)”+(Pi一GI)”+MM一M=0y式中：A=一i+e+e：；式中：u、分别为截面变形后的、Y方向位移；B=i(P+P+P)一eZp一e：P为截面扭转角；C=一(PP+PP+PP)；曰为双力矩；D=；PPP。收稿日期：2016—04—07作者简介：赵滇生(1957一)，男，浙江义乌人，副教授，研究方向为钢结构、空间结构。第10期赵滇生等：十形闭口截面压弯构件整体稳定性分析5将P，=，与M=h代人式

5、(4)中，并且考虑材料的分项系数后可得弯矩作用平面外的稳定验算公式：pMA+≤(、7)式中：为弯矩作用平面外轴心压杆的稳定系数；为均匀弯矩作用受弯构件的整体稳定系数。2十形闭口截面压弯构件整体弹塑性稳定性分析2．1有限元弹性分析采用通用有限元软件ANSYS，选取SHELL181壳单元分析。约束构件两端节点的水平位移，以及柱底截面失稳主轴两侧节点的纵向位移，以模拟两端铰接。构件两端截面施加与轴力和弯矩等效节点图1十形闭口截面钢柱截面集中力。根据图1所示，选取口=200mm，b=240mm，求解一元三次方程(3)，可得

6、三个根，其中最小C=180mm，d=240mm，壁厚t=10mm的十形闭口实要即为构件屈曲的临界荷载P截面，变化长细比，来分析压弯构件屈曲性能，屈曲1．2十形闭口截面压弯构件实用计算公式特征值与理论推导值见表1。设十形闭口截面构件为单向压弯，将式(3)进行适当地简化可以得到在工程中适用的线性表1十形截面柱特征屈曲分析公式：DM+(4)式中：为无轴力时求解式(2)得到的均匀受弯构件弯扭屈曲的临界弯矩=。√pP。考虑二阶效应与初始缺陷的影响后，将式(4)转化为P+——一：1注：P为理论推导值，P为有限兀分析特征值；(一

7、·)(5)误差=(P。一P。)／P。由表1可见，特征屈曲值和理论值的误差均在式中：P为构件无弯矩作用时的受压极限荷载；1．5％以下，并且随着长细比增加误差减小。证明了p为构件受压全截面屈服时的承载力，P=理论推导值与模型均为正确。af,。2．2初始缺陷的影响分析令Pr／户=，考虑部分截面塑性发展系数7，因实际工程钢构件的初始几何缺陷与力学缺陷式(5)可写成：会降低压弯构件的整体稳定性，有限元计算中考虑这些不利因素的影响。根据钢结构施工质量规范中去——A+南—————(——————．—8——·—=一)=，(一6O)允

8、许的误差，取构件的初弯曲为长度的1／1000。残式中：为弯矩作用平面内较大受压纤维的毛截面余应力分布模式和峰值参考文献[3]选取。选取截抵抗矩；面尺寸为口=150mm，b=200mm，C：150mm，d=为弯矩作用平面内轴心受压杆件的稳定系数；200mm，t=10mm的GZ1。残余应力的分布模式与P为欧拉临界荷载，P=竹EA／A。加载模型见图2。6浙江建筑2