冷弯角钢稳定性有限元分析与试验研究

摘要

冷弯角钢在钢结构工程中已经广泛应用,在输电铁塔等一些特殊构件中也有较好的应用前景。然而,现行《钢结构设计规范》(GB50017-2002)、《冷弯薄壁型钢技术规范》(GB50018-2002)及《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T5154-2002)都没有明确给出冷弯不等边角钢的设计计算方法,影响了冷弯不等边角钢的推广应用。《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》和美国ASCE《输电铁塔设计导则》(DL/T5154-2002)把薄壁受压构件分为六种约束类型,并给出了相应的长细比修正系数和承载力计算方法,但前者主要是针对热轧型钢的,后者是针对所有型钢的。对冷弯角钢的适用性需要进一步分析,并用试验验证。 本文结合型钢稳定理论和有限元数值模拟分析,研究了冷弯不等边角钢在轴心受压条件下的稳定性和弯扭屈曲承载力,给出了冷弯不等边角钢轴心受压杆的稳定系数公式。对冷弯等边角钢进行有限元模拟和试验分析,给出了轴心受压条件下稳定系数公式和除轴压外的其余五类约束条件下的冷弯等边角钢的长细比修正系数公式。将修正长细比后的冷弯角钢的稳定系数与规范、试验结果,有限元模拟结果分别做了对比,指出了冷弯角钢的设计建议。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1冷弯型钢的研究现状与特点

1.1.1冷弯型钢的研究现状

1.1.2冷弯型钢的特点

1.2冷弯角钢稳定性的研究现状

1.2.1国外冷弯角钢稳定性的研究现状

1.2.2国内冷弯角钢稳定性的研究现状

1.3本文研究的主要内容

第二章薄壁受压杆的稳定理论

2.1轴心受压杆件的屈曲

2.1.1轴心受压杆件的弯曲屈曲

2.1.2轴心受压构件的弹塑性弯曲屈曲

2.1.3轴心受压构件的弯扭屈曲

2.1.4轴心受压构件的弹塑性弯扭屈曲

2.2冷弯薄壁型钢压弯构件的失稳

2.2.1冷弯薄壁型钢压弯构件的弯曲失稳

2.2.2冷弯薄壁型钢压弯构件的弯扭失稳

2.3各规范对薄壁构件稳定承载力的计算方法

2.3.1美国ASCE《输电铁塔设计导则》计算方法

2.3.2《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》计算方法

2.3.3《冷弯薄壁型钢结构技术规范》计算方法

2.4稳定系数理论(柱子曲线理论)

2.4.1几种实用的柱子曲线确定方法

2.4.2边缘屈服准则确定轴心受压构件的柱子曲线

2.4.3我国《冷弯薄壁型钢技术规范》对柱子曲线的规定

2.5本章小结

第三章冷弯角钢受压杆的有限元分析

3.1应用软件简介

3.2有限元稳定分析

3.2.1稳定分析的基本概念

3.2.2受压构件稳定性的有限元非线性分析

3.3 ANSYS有限元单元简介

3.4 ANSYS有限元分析过程分析

3.4.1 ANSYS建模依据

3.4.2.ANSYS有限元模型的建立及求解

3.5 ANSYS分析结果及正确性检验

3.5.1 ANSYS计算结果正确性检验

3.5.2各种约束情况下的计算结果

3.6本章小结

第四章冷弯角钢受压杆的实验分析

4.1试验目的和内容

4.1.1试验目的

4.1.2实验内容

4.2试验加载制度及数据采集方案

4.3试验失稳现象

4.4实验数据分析

4.4.1荷载—位移曲线

4.4.2荷载—应变曲线

4.5试验结果

4.6试验结果与有限元结果对比

4.7本章小结

第五章冷弯角钢压杆稳定性研究

5.1概述

5.2冷弯不等边角钢轴压杆稳定系数研究

5.2.1冷弯不等边角钢轴压构件承载力计算

5.2.2冷弯不等边角钢轴心受压杆稳定系数公式

5.3冷弯等边角钢稳定系数研究

5.3.1各规范承载力计算与试验结果和有限元结果对比

5.3.2冷弯等边角钢受压杆长细比修正系数

5.3.3冷弯等边角钢稳定系数研究

5.4本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目

致 谢