冷彎薄壁型鋼受彎構件的屈曲模態(tài)研究及其在穩(wěn)定承載力設計方法中的應用.pdf

1、穩(wěn)定問題是冷彎薄壁型鋼構件承載力的重要因素。薄壁構件主要存在三種屈曲模式：局部屈曲、畸變屈曲、整體屈曲，構件的失穩(wěn)常表現為數種屈曲模式之間的耦合。當前各國設計規(guī)范計算冷彎薄壁型鋼構件穩(wěn)定承載能力的方法不盡相同。主要有兩種方法：有效寬度法和直接強度法。前者通過折減組成板件的寬度考慮屈曲影響，按有效板件組成的有效截面計算構件承載力，后者通過折減構件的應力考慮屈曲影響，按全截面計算構件承載力。然而當荷載條件和截面幾何構成較復雜時，板件的有效寬

2、度以及相應幾何特性的計算變得困難，此外當考慮畸變屈曲對承載力的影響時，寬度折減這一等效機制的力學意義和有效性有所欠缺，導致有效寬度法的應用受到限制。直接強度法較好的解決了這兩個問題，但目前也存在一定的缺陷：一是直接強度法計算所選取的基本彈性屈曲模式在方法上和理論上是相互脫節(jié)的，二是用于求解屈曲臨界力的有限條分法對于荷載和位移邊界條件的適應性較差，對屈曲模態(tài)的判別和屈曲臨界力的求解存在誤差等。本文針對當前冷彎薄壁型鋼受彎構件的承載能力設計

3、方法開展了下述研究：
　　①總結了中國、美國、澳大利亞/新西蘭規(guī)范中關于冷彎薄壁型鋼受彎構件的承載力計算方法即有效寬度法和直接強度法。同時對直接強度法中的彈性屈曲臨界力的求解方法，包括解析法和數值方法，做出了詳細的總結。此外，還分析了有效寬度法和直接強度法的優(yōu)點和存在的問題，提出改進薄壁構件屈曲模態(tài)分析并發(fā)展相應直接強度法的必要性。
　　②借鑒有限條分法和廣義梁理論，基于有限元，通過約束算法的實現，求解冷彎薄壁型鋼受彎構件在

4、等端彎矩荷載作用下的純模態(tài)彈性屈曲臨界力，通過與已有方法的對比，論證其準確性。分析了不等端彎矩以及不同約束條件對局部和畸變屈曲臨界力的影響，并量化非純彎荷載對畸變屈曲臨界力的影響，通過與實驗的對比，驗證本文提出的量化方法的準確性。
　?、凼占吮泵酪?guī)范和澳大利亞/新西蘭規(guī)范建立直接強度法所依據的所有實驗數據，并補充了所收集到的近期實驗數據，通過逐個甄別建立了共計484個實驗構件的樣本庫，完成基于ANSYS的純模態(tài)彈性屈曲分析，并擬

5、合了用于計算構件穩(wěn)定承載能力的基于純模態(tài)彈性屈曲臨界力的直接強度法。
　　④針對收集到的實驗數據，分別采用擬合公式、中國規(guī)范(GB50018-2002)、北美規(guī)范(AISI S100-2007)中的有效寬度法和直接強度法計算實驗構件承載力，并與實驗結果進行對比，表明本文提出的承載力計算方法計算的構件穩(wěn)定承載力時優(yōu)于現有方法中的計算結果。分析同時表明我國現行《冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范》(GB50018-2002)的方法準確性有所不足