發(fā)布時間：2020-10-09 07:36

　　 本文對冷彎薄壁卷邊槽形軸壓構(gòu)件畸變相關(guān)屈曲性能進行研究,研究內(nèi)容包括冷彎薄壁卷邊槽形軸壓構(gòu)件畸變-局部相關(guān)屈曲和畸變-整體相關(guān)屈曲試驗研究和數(shù)值分析,以及畸變屈曲、畸變-局部相關(guān)屈曲和畸變-整體相關(guān)屈曲直接強度法研究。在畸變-局部相關(guān)屈曲試驗研究中,研究了27根名義厚度為1.5mm的冷彎薄壁卷邊槽鋼柱,試驗參數(shù)為腹板寬度、卷邊寬度和試件長度。試驗進行了截面選擇、實際尺寸測量、初始幾何缺陷測量和材性試驗,分析了試件的破壞模式、荷載-應變曲線、荷載-位移曲線以及極限承載力。發(fā)生畸變-局部相關(guān)屈曲的試件,均先發(fā)生畸變屈曲,當荷載接近極限承載力時,試件上下端板處發(fā)生局部屈曲,并由兩端向中部延伸,最終試件發(fā)生耦合失穩(wěn)破壞。對于短試件和中長試件,局部屈曲半波長度大約等于腹板寬度;對于長試件,由于畸變屈曲帶動腹板凸曲或凹陷,局部屈曲半波長度略大于腹板寬度,且試件中部腹板上凹凸的連續(xù)變形不明顯。試件極限承載力隨試件長度增加有降低趨勢,但并不顯著,適當增加卷邊寬度能有效約束畸變屈曲,從而增加試件的極限承載力。在畸變-整體相關(guān)屈曲試驗研究中,研究了33根名義厚度為1.5mm的冷彎薄壁卷邊槽鋼柱。試驗進行了截面選擇、實際尺寸測量、初始幾何缺陷測量和材性試驗,分析了試件的破壞模式、荷載-應變曲線、荷載-位移曲線以及極限承載力。所有試件只發(fā)生畸變-整體相關(guān)屈曲,試件先發(fā)生整體扭轉(zhuǎn)屈曲,隨著荷載增加試件發(fā)生畸變屈曲,但畸變變形較小,試件最終發(fā)生耦合失穩(wěn)破壞。破壞時,所有試件均出現(xiàn)畸變塑性鉸,由于初始幾何缺陷以及畸變半波波數(shù)等原因,畸變塑性鉸并不總在試件1/2高度處。試件的整體半波長度約為試件長度,畸變半波長度約為試件1/3長度。雖然所有試件的彈性局部、畸變和整體屈曲臨界應力大致相等,但并未發(fā)生局部-畸變-整體三者相關(guān)屈曲。在畸變相關(guān)屈曲數(shù)值分析中,首先基于國內(nèi)外已有的試驗數(shù)據(jù),對有限元模型進行合理性及有效性分析,然后對冷彎薄壁卷邊槽形軸壓構(gòu)件畸變相關(guān)屈曲進行參數(shù)分析,研究了初始幾何缺陷模式、初始幾何缺陷數(shù)值、鋼材屈服強度、板件厚度、試件長度、板件加勁以及邊界條件對試件極限承載力和破壞模式的影響。分析結(jié)果表明:初始幾何缺陷模式對試件的破壞模式起控制作用,初始幾何缺陷值越大,試件極限承載力有降低趨勢,但并不影響試件破壞模式;鋼材屈服強度越高,試件極限承載力越高,但由于彈性臨界應力的影響,低屈服強度鋼材可能會改變試件的破壞模式;板件越厚,試件的極限承載力就越高,試件越不容易發(fā)生局部屈曲;試件長度對試件極限承載力有降低趨勢,但對畸變-局部相關(guān)屈曲的極限承載力影響較小,對畸變-整體相關(guān)屈曲的極限承載力影響較大,且可能會改變試件的破壞模式;腹板加勁能有效阻止板件發(fā)生局部屈曲,提高板件的抗彎剛度,從而提高試件的極限承載力,但腹板加勁對阻止截面畸變屈曲和扭轉(zhuǎn)屈曲的貢獻較小;簡支邊界條件相比固支邊界條件能改變試件的破壞模式,并能不同程度的降低試件的極限承載力,相比于畸變-局部相關(guān)屈曲,畸變-整體相關(guān)屈曲的極限承載力下降幅度更大。采用本文試驗結(jié)果和有限元數(shù)據(jù),以及國內(nèi)外已有的畸變屈曲、畸變-局部相關(guān)屈曲、畸變-整體相關(guān)屈曲的試驗數(shù)據(jù),對現(xiàn)有直接強度法中畸變屈曲、畸變-局部相關(guān)屈曲和畸變-整體相關(guān)屈曲的極限承載力計算方法的準確性進行驗證分析;提出了兩種更為簡潔的畸變屈曲極限承載力計算方法,建議方法1是基于現(xiàn)行直接強度法中畸變屈曲極限承載力公式形式,建議方法2是基于現(xiàn)行直接強度法中整體屈曲極限承載力公式形式。結(jié)果表明,建議方法均能有效地預測冷彎薄壁軸壓構(gòu)件畸變屈曲極限承載力,但建議方法2與試驗數(shù)據(jù)和有限元數(shù)據(jù)更為吻合,并基于建議方法2,提出了畸變-局部相關(guān)屈曲和畸變-整體相關(guān)屈曲的極限承載力計算方法,且均與試驗結(jié)果均吻合較好。本文的主要創(chuàng)新點如下:(1)通過試驗研究和有限元分析結(jié)合的方法對Q235和Q345冷彎薄壁型鋼卷邊槽形軸壓構(gòu)件畸變-局部和畸變-整體相關(guān)屈曲進行系統(tǒng)研究,獲得試件的破壞模式和極限承載力,在國內(nèi)外彌補了畸變相關(guān)屈曲在Q235和Q345鋼材的試驗研究,為國家相關(guān)規(guī)范的修訂提供試驗依據(jù)。(2)基于直接強度法,提出兩種形式更為簡潔的畸變屈曲極限承載力計算方法,這兩種方法分別基于畸變和整體屈曲極限承載力計算公式形式,二者與試驗和有限元結(jié)果吻合良好,并基于建議方法2提出畸變相關(guān)屈曲極限承載力計算方法。
【學位單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TU392.1
【部分圖文】：

以推進建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化為抓手，全面提高建筑工程的質(zhì)量、效益和效率，降低能耗，減少污染，從而實現(xiàn)建筑業(yè)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展。這份“發(fā)展規(guī)劃”為我國冷彎型鋼產(chǎn)業(yè)提供了重要的指導性意見和發(fā)展機遇，也為國人了解冷彎薄壁型鋼提供途徑。冷彎薄壁型鋼是指在常溫狀態(tài)下，將鋼板或帶鋼通過輥軋或沖壓彎折成各種斷面形狀的成品鋼材。它通過采用高屈服強度的鋼材和改變截面形狀，從而使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的極限承載能力得到提高，是一種高效、綠色環(huán)保的建筑材料。相比于混凝土、磚、木材料等傳統(tǒng)建筑材料，冷彎薄壁型鋼具如下優(yōu)點：一是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件自重輕，可以節(jié)約鋼材和運輸費用，抗震性能優(yōu)越；二是便于安裝，施工周期短，可以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；三是有利于生態(tài)環(huán)境保護，符合環(huán)保、綠色建筑的要求。因此，它被廣泛的用于建筑業(yè)、汽車業(yè)、農(nóng)機業(yè)、機械制造業(yè)、造船業(yè)、國防工業(yè)、電力電氣業(yè)、物流倉儲業(yè)以及家電業(yè)等。在房屋建筑中，冷彎型鋼主要用于檁條、門窗、樓面板、屋面板、墻面板等非承重構(gòu)件，也用于柱、梁、桁架、剛架等承重構(gòu)件[1-2]。

為了方便測量試件的初始幾何缺陷以及后續(xù)觀察試驗現(xiàn)象，測量前利用白色油漆筆對所有試件的外表面進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分規(guī)則如下：沿試件橫向?qū)⒃嚰母拱寰譃?4 份，翼緣均分為 3 份，卷邊分為 1 份；沿試件長度方向每隔 100mm將試件均分為若干份。所有試件以網(wǎng)格點為測量點進行初始幾何缺陷的測量。試件的局部和整體初始缺陷均采用百分表進行測量，畸變初始缺陷采用傾角儀進行測量。初始幾何缺陷測量見圖 2.4。（a）局部初始缺陷測量

圖 2.6 材性試驗板件拉伸標準件幾何參數(shù)示意圖Fig. 2.6 Dimensions of standard tensile coupon材性試驗板件拉伸標準件的拉伸試驗在重慶大學巖土館進行，試驗設備采用為 CMT5504 的微機控制電子萬能試驗機。為了獲得鋼材彈性模量和泊松比前在材性試驗板件拉伸標準件中央一側(cè)貼上相互垂直的兩個應變片。試驗時引伸計測量試件標距段內(nèi)的伸長變形，達到引伸計限值后，立刻取下引伸計，止引伸計損壞。所有材性試件在拉伸試驗過程中均出現(xiàn)了明顯的頸縮現(xiàn)象。拉伸試驗裝置及試驗后的材性試件如圖 2.7 所示，材料的應力-應變曲線如圖示，鋼材拉伸試驗結(jié)果的平均值見表 2.4。材性試驗板件拉伸標準件(標準件數(shù)量n=6個)

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 周緒紅;何子奇;;冷成型鋼軸壓構(gòu)件畸變屈曲承載力計算公式研究[J];土木工程學報;2015年02期

2 何子奇;周緒紅;劉占科;陳明;;冷彎薄壁卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件畸變與局部相關(guān)屈曲試驗研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學報;2013年11期

3 姚永紅;武振宇;成博;鄧君寶;;開孔冷彎薄壁卷邊槽鋼柱軸壓性能的試驗研究[J];華南理工大學學報(自然科學版);2011年09期

4 何�？�;蔣路;姚行友;周天華;王彥敏;;高強冷彎薄壁型鋼卷邊槽形截面軸壓柱畸變屈曲試驗研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學報;2006年03期

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相關(guān)博士學位論文 前3條

1 何子奇;冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件畸變及與局部相關(guān)的失穩(wěn)機理和設計理論[D];蘭州大學;2014年

2 彭雄;冷彎薄壁C型構(gòu)件屈曲滯回機理與簡化設計方法研究[D];北京交通大學;2013年

3 蔣路;卷邊槽形冷彎薄壁型鋼軸壓柱畸變屈曲的試驗和理論研究[D];西安建筑科技大學;2007年

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 宋延勇;冷彎薄壁型鋼偏壓構(gòu)件及自攻螺釘連接承載力試驗研究[D];同濟大學;2008年

本文編號：2833416