冷弯薄壁C型钢绕弱轴偏心受压构件稳定性能研究

摘要

冷弯薄壁型钢构件的稳定性能是控制工程设计的关键因素，常见三种稳定失效模式分别为局部屈曲，畸变屈曲和整体屈曲。在历史研究成果转化为工程设计规范这一漫长过程中，先后有两种设计方法考虑冷弯薄壁型钢构件的稳定承载力，即有效截面法和直接强度法。大多数国家规范条文实质以有效截面法为主，但该方法不能考虑构件的畸变屈曲，这成为其最大的不足之处。近年来直接强度法得到更多关注，这是因为其简便的算法与广泛的适用性，其研究推广也势在必行。目前直接强度法的研究主要局限于轴压与受弯构件，对于复杂边界条件、受力状况，其相应的研究成果还并不丰富，特别是直接强度法在压弯构件中的应用研究还处于起步阶段，目前国内外的相关规范中并没有这方面的成果体现。因此，研究冷弯薄壁型钢压弯构件的稳定性能，并基于直接强度法建立可供使用的承载力计算方法，已成为冷弯薄壁型钢结构亟待改进和完善的重点内容。
　　本文以冷弯薄壁 C型钢绕弱轴偏心受压构件为研究对象，采用试验与理论研究相结合的方式，对偏压作用下构件的稳定性能、极限承载力及其基于直接强度法的计算公式进行了研究，主要完成了以下工作：
　　①对冷弯薄壁C型钢绕弱轴偏心受压试件的稳定性能进行了试验研究。试验试件共40根，通过选取不同腹板宽度、卷边长度、板件厚度、试件长度以及偏心方向和偏心距大小来获得它们对偏压试件的稳定性能的影响规律。从试验结果可知：负偏心试件最终发生局部屈曲破坏，正偏心试件发生畸变屈曲破坏；负偏心试件较正偏心试件呈现出更高的屈曲后强度；偏心方向则直接决定了破坏形态，偏心距大小对试件的极限承载力有显著影响。
　　②对冷弯薄壁C型钢绕弱轴偏心受压构件的稳定性能和极限承载力进行数值模拟分析研究。首先依据试验结果验证了有限元模型的合理性，在此基础上，利用有限元模拟方法对偏压构件的稳定性能进行了变参数分析。研究参数包括腹板宽度、翼缘宽度、卷边长度、厚度、长度、偏心方向及偏心距。分析结果表明：板件厚度对屈曲模态及承载力影响最大，腹板宽度、翼缘宽度和卷边长度影响相对较小；构件的长度在一定范围内对屈曲模式及承载能力影响不大；构件的偏心方向决定其破坏形态；极限承载力随着偏心距增大而降低。
　　③利用本文试验和参数分析结果，引入轴力与弯矩相关方程，基于原有直接强度法中的轴压和受弯构件承载力计算式，建立了绕弱轴偏压构件承载力的直接强度法计算公式。通过对比公式计算结果与试验数据以及有限元分析结果，验证了建议公式的合理性和有效性。

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目录

1 绪 论

1.1前言

1.2国内外的研究现状

1.3薄壁型钢构件的计算与设计方法

1.4本课题的研究内容

2 冷弯薄壁C型钢试件的偏压试验研究

2.1试验目的

2.2试件详情

2.3材性试验

2.4初始几何缺陷

2.5试验方法

2.6试验结果

2.7本章小结

3 冷弯薄壁C型钢偏压构件稳定性能参数化分析

3.1引言

3.2屈曲问题求解方法

3.3有限元模型的建立

3.4有限元分析结果与试验结果的比较

3.5参数分析

3.6本章小结

4 薄壁型钢绕弱轴压弯构件极限承载力计算公式研究

4.1概述

4.2 AISI规范中直接强度法的规定

4.3 C型截面绕弱轴偏压构件直接强度法研究

4.4本章小结

5 结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录 A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文