开口双肢冷弯薄壁型钢组合截面立柱承载力的试验和理论研究

摘要

本文在查阅大量资料的基础上，采用试验和非线性有限元分析两种方法，对单肢C型及开口双肢冷弯薄壁型钢组合截面立柱进行了研究，得到了开口双肢组合截面立柱轴压承载力建议计算公式。 首先，对单肢C形及开口双肢冷弯薄壁型钢组合截面立柱进行了轴心受压试验研究，详细介绍了试验装置、试验方法、破坏模式，并对试验结果进行了详细的分析和比较。 其次，采用非线性有限元程序ANSYS10.0对组合截面冷弯薄壁型钢轴心受压构件进行了有限元数值模拟分析，并将分析结果与试验结果进行了比较分析，二者吻合较好。同时利用有限元程序对构件长细比进行了参数分析，分析结果表明构件长细比对其极限承载力影响较大。 然后，按照我国GB50018-2002、美国规范AISI的相关规定计算了构件的极限承载力，并将试验承载力、有限元分析承载力和三种设计方法计算承载力进行了对比分析，结果表明，对于大部分构件来说，试验承载力和有限元分析承载力都高于计算承载力，采用规范方法计算组合截面冷弯薄壁型钢轴心受压构件极限承载力偏于保守。 最后，对有限元变参数分析结果进行回归，提出对于GB50018-2002轴心受压构件极限承载力的修正公式，并用此公式计算不同长度的组合截面轴压构件承载力，结果表明，计算结果与有限元分析结果较为接近，运用该公式计算双肢组合截面冷弯薄壁型钢轴压构件是可靠的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1前言

1.2问题的提出

1.2.1组合截面构件的应用及本文的研究对象

1.2.2组合截面立柱承载力计算存在的问题

1.3冷弯薄壁型钢构件的研究现状

1.3.1单个C形截面构件的研究成果

1.3.2组合截面构件的研究成果

1.4冷弯薄壁型钢设计方法简介

1.4.1板的屈曲后强度

1.4.2有效宽度法的计算原理

1.4.3直接强度法的计算原理

1.5本文的主要工作

第二章开口双肢冷弯薄壁型钢组合截面轴压立柱承载力试验研究

2.1引言

2.2试验目的和内容

2.2.1试件目的

2.2.2试验内容

2.3试件截面形式、尺寸以及材料特性

2.3.1试件截面形式和尺寸

2.3.2试件材性

2.4试验装置、测点布置和加载制度

2.4.1试件装置

2.4.2测点布置

2.4.3初始几何缺陷

2.4.4加载制度

2.5试验过程及破坏现象

2.5.1单肢C形截面立柱破坏现象

2.5.2开口双肢组合截面立柱破坏现象

2.5.3试验破坏现象小结

2.6试验结果及数据处理

2.6.1试验结果

2.6.2荷载-弱轴弯曲位移曲线

2.6.3荷载-轴向压缩位移曲线

2.6.4荷载-应变曲线

2.7本章小结

第三章 开口双肢冷弯薄壁型钢组合截面轴压立柱承载力非线性有限元分析

3.1概述

3.2非线性有限元理论

3.2.1材料的非线性问题

3.2.2几何非线性问题

3.2.3接触非线形分析

3.3有限元分析过程

3.3.1特征值屈曲分析

3.3.2非线形屈曲分析

3.3.3求解设定

3.3.4结果后处理

3.4本文有限元模型的建立及求解

3.4.1单元类型的选取

3.4.2材料的本构关系

3.4.3有限元实体模型的建立

3.4.4网格划分

3.4.5边界约束及加载

3.5初始缺陷

3.5.1几何初始缺陷的施加

3.5.2残余应力的影响

3.6冷弯效应的影响

3.7模型正确性验证

3.7.1荷载-位移曲线比较

3.7.2试件变形及破坏现象的比较

3.7.3极限承载力的对比分析

3.8有限元参数分析

3.8.1有限元分析构件的破坏模式

3.8.2有限元分析构件的分析结果

3.9本章小结

第四章开口双肢冷弯薄壁型钢组合截面轴压立柱承载力建议公式

4.1概述

4.2美国规范设计方法计算分析

4.2.1美国规范有效宽度法计算分析

4.2.2美国规范直接强度法计算分析

4.2.3美国规范计算值与试验值比较

4.3我国规范GB50018-2002设计方法计算分析

4.3.1我国规范GB50018-2002计算方法

4.3.2我国现行规范与试验结果的对比

4.3.3我国现行规范与有限元结果的对比

4.4对我国现行规范的修正建议

4.4.1开口双肢组合截面构件轴压承载力建议公式

4.4.2算例

4.5本章小结

结论与展望

结论

今后尚待研究的问题

参考文献

攻读硕士学位期间参与科研及获奖情况

致谢