初始扭转对十字形截面压杆稳定性能的影响研究

摘要

钢结构有着质量轻，延性好，抗震性能强等优点，随着钢结构不断的发展，钢异形柱（L形、T形和十字形截面）在建筑结构中慢慢得到应用，尤其是在钢框架结构、钢结构住宅中得到发展。异形结构最大的好处就是提高了空间的利用率。十字形截面钢异形柱是钢异形截面柱的一类，其优点在于设计时容易实现等稳定性，但是其抗扭性能弱的缺点也是显而易见的。若其存在初始扭转角，加之其它缺陷的共同影响，对于十字形截面构件的稳定性能将产生影响，围绕这些内容展开讨论。
　　本文以实际工程为基础，查阅相关工程实例，调查扭转缺陷对整个结构或工程可能会产生的影响。然后对十字形截面轴心受压构件的稳定承载能力进行了理论分析。分析考虑了三种情况：理想状态、仅考虑初始扭转缺陷，以及同时考虑初始几何缺陷和残余应力。接着采用ANSYS有限元软件对上述理论分析结果进行了数值分析方法正确性的模拟验证。最后，设计40个有限元模拟试件，综合分析了初始扭转角、板件宽厚比、长细比、残余应力和不同的截面形式等因素，对有初始扭转的十字形截面钢柱的稳定性能和稳定承载能力的影响。研究结论主要有：初始扭转角在5°范围内对构件承载力的影响不容忽视的；宽厚比在15~25范围内，初始扭转角对于构件的极限承载能力具有一定影响；长细比在超过5.07b/t构件仍有可能发生扭转屈曲；残余应力的存在加剧了初始扭转的扭转破坏，使得承载力降低；相比于双角钢十字形组合截面和剖分工字焊接十字形截面形式，初始扭转对焊接十字形截面得影响最大。最后，根据研究结果，提出建议了工程设计和施工建议。

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第一章 绪 论

1.1 十字形截面钢柱的特点

1.2 选题背景和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 现有研究的不足

1.5 本文的研究工作

第二章 初始扭转轴压杆件稳定性能的理论研究

2.1 理想状态下十字形截面的扭转稳定性能

2.2 初始扭转缺陷下轴压十字截面杆的扭转稳定性能

2.3 初始弯曲缺陷下轴压十字截面杆的弯曲稳定性能

2.4 初始扭转缺陷下轴压十字截面杆的弯曲稳定性能

2.5 十字形截面轴心受压构件中的板件

第三章 初始扭转轴压杆件稳定性能的有限元模拟

3.1 有限元软件的选择

3.2 有限元模型的建立

3.3 边界条件及加载

3.4 特征值屈曲分析

3.5 引入初始几何缺陷

3.6 创建初应力文件、引入截面残余应力

3.7 非线性屈曲分析

3.8 模型的后处理

3.9 有限元的验证分析

第四章 参数分析

4.1 宽厚比的影响

4.2 初始扭转角的影响

4.3 残余应力的影响

4.4 长细比的影响

4.5 初始扭转角对不同十字截面形式的影响

第五章 结论与展望

5.1 本文主要结论

5.2 研究展望

参考文献

致谢

作 者 简 介