【摘要】：冷彎薄壁型鋼構(gòu)件由于壁厚較薄、構(gòu)件中板件的寬厚比較大,且截面大多為開口形式,所以這類構(gòu)件由于截面柔弱帶來的穩(wěn)定問題需要在構(gòu)件設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮并解決�；兦鳛橛袆e于局部與整體屈曲的一種屈曲模式,在特定條件下有可能對薄壁構(gòu)件的設(shè)計(jì)起控制作用。本文以一種腹板加強(qiáng)型冷彎薄壁卷邊槽鋼柱為研究對象,針對柱畸變屈曲的發(fā)生機(jī)理;畸變屈曲的控制措施以及軸壓、偏壓柱畸變屈曲臨界荷載的簡化計(jì)算方法等方面的內(nèi)容進(jìn)行了試驗(yàn)研究與理論分析,主要完成了以下幾方面的工作。1.進(jìn)行了18個(gè)腹板加強(qiáng)型冷彎薄壁卷邊槽鋼柱的試驗(yàn)研究,討論了柱幾何長度、荷載作用位置、端部支承條件等因素對柱屈曲模式、破壞模式以及極限承載力的影響。分析了柱在不同情況下各種屈曲及破壞模式的發(fā)生機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明:荷載作用位置、端部支承條件對柱的屈曲模式及受壓極限荷載影響顯著;柱長度僅對其屈曲模式有較顯著影響。通過對偏壓柱試驗(yàn)結(jié)果與已有解析解計(jì)算結(jié)果的對比,發(fā)現(xiàn)解析解的計(jì)算公式對于負(fù)向偏心受壓柱計(jì)算誤差較大。2.利用有限元軟件ANSYS對腹板加強(qiáng)型冷彎薄壁卷邊槽鋼柱進(jìn)行參數(shù)分析,考慮了材料非線性與幾何非線性,通過變換柱的軸向力偏心距、計(jì)算長度、腹板縱向加勁肋剛度、截面高寬比、卷邊寬度、初始幾何缺陷大小等參數(shù),對186個(gè)偏壓及軸壓柱進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬,進(jìn)一步確定了偏壓及軸壓柱發(fā)生畸變屈曲的決定因素,分析了上述因素對于柱承載力及失穩(wěn)模式的影響。3.對18個(gè)卷邊間設(shè)有水平綴板的腹板加強(qiáng)型冷彎薄壁卷邊槽鋼柱進(jìn)行了試驗(yàn)研究,討論了綴板對于不同荷載偏心方向、不同長度試件畸變屈曲的控制效果,研究結(jié)果表明:水平綴板對于軸心及正向偏心受壓柱的屈曲模式與承載能力有顯著影響,但對于負(fù)向偏心受壓柱承載力的影響十分有限。給出了水平綴板對于負(fù)向偏心受壓柱與軸心、正向偏心受壓柱承載力影響不同的理論解釋。4.利用有限元軟件ANSYS對不同綴板布置間距、不同綴板布置方式下80個(gè)的軸壓及偏壓柱模型進(jìn)行了參數(shù)分析,進(jìn)一步討論了不同的水平綴板間距對于柱屈曲模式、破壞模式、極限承載力的影響。提出了在水平綴板約束不足的情況下增設(shè)斜綴板控制正向偏壓柱畸變變形的措施。對不同綴板布置方式的控制效果進(jìn)行了對比。5.利用有限條程序CUFSM對腹板加強(qiáng)型冷彎薄壁卷邊槽鋼柱進(jìn)行參數(shù)分析,主要討論了柱翼緣-卷邊組合體尺寸變化、板厚變化以及腹板縱向加勁肋抗彎剛度變化對柱畸變屈曲半波長度λ、臨界應(yīng)力σ_(cr)的影響。通過對有限條程序計(jì)算結(jié)果的分析與函數(shù)擬合,最終給出腹板加強(qiáng)型冷彎薄壁卷邊槽鋼軸壓柱畸變屈曲臨界應(yīng)力σ_(cr)的修正系數(shù)k。提出了腹板加強(qiáng)型冷彎薄壁卷邊槽鋼偏壓柱臨界荷載的簡化計(jì)算公式。通過與國內(nèi)外已有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比,表明修正系數(shù)及簡化公式具有較好的精度及較廣泛的適用性,簡化了軸壓柱、偏壓柱的設(shè)計(jì)過程,有利于腹板加強(qiáng)型冷彎薄壁卷邊槽鋼柱在工程實(shí)際中的推廣應(yīng)用。
【圖文】：

1.1.1 課題的研究背景近年來，伴隨著改革開放和我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，發(fā)達(dá)國家的輕鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)以及相應(yīng)的技術(shù)和產(chǎn)品不斷涌入國門，促進(jìn)了冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)在中國的迅速發(fā)展。冷彎薄壁型鋼通常是指厚度在 1.5mm 至 6mm 范圍內(nèi)的鋼板或帶鋼經(jīng)冷加工（如常溫下的彎折、沖壓等工藝）成形的不同截面形式的型材。由于冷彎薄壁型鋼具有易于生產(chǎn)、材料性能發(fā)揮充分、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)。因而被廣泛用于輕鋼結(jié)構(gòu)房屋、輸送塔架、工業(yè)儲物支架等結(jié)構(gòu)體系中作為受力構(gòu)件使用。與傳統(tǒng)意義上的熱軋型鋼相比，冷彎薄壁型鋼通過設(shè)計(jì)成較為合理的截面形式可以在用鋼量較小的情況下獲得優(yōu)異的力學(xué)性能（更為開展的截面材料分布帶來較大的截面慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑），因此，自上一世紀(jì) 40 年代起至今，隨著薄壁型鋼冷加工工藝、連接方法的不斷改進(jìn)、高強(qiáng)度板材生產(chǎn)技術(shù)的日趨成熟、薄壁構(gòu)件分析計(jì)算理論以及相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范的不斷完善，冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)在工業(yè)與民用建筑中的應(yīng)用逐漸呈現(xiàn)出加速增長態(tài)勢。國內(nèi)外建筑結(jié)構(gòu)中常用的冷彎薄壁型鋼構(gòu)件的截面形式如圖 1.1 所示[1]。

鋼材的典型應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線如圖 2-3 所示，材性試驗(yàn)結(jié)果的平均值見表 2-3。（a）材性試驗(yàn)裝置 （b）準(zhǔn)備好的板狀試樣圖2-2 板狀試樣材性拉伸試驗(yàn)ε（%）圖2-3 板狀試件材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線表 2-3 材性試驗(yàn)結(jié)果試件數(shù)量屈服強(qiáng)度fy/MPa抗拉強(qiáng)度fu/MPa彈性模量E /MPa泊松比 伸長率 / %6 434 531 1.97×1050.30 24.32σ（MPa）
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU392.1

【參考文獻(xiàn)】

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2 姚永紅;武振宇;;腹板V形加勁冷彎薄壁卷邊槽鋼柱試驗(yàn)研究[J];實(shí)驗(yàn)力學(xué);2013年06期

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5 楊曉通;卷邊加連桿的冷彎薄壁C形槽鋼受壓性能試驗(yàn)研究與有限元分析[D];浙江大學(xué);2006年

6 吳東平;帶綴板開口冷彎薄壁型鋼軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定性研究[D];武漢科技大學(xué);2005年

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本文編號：2693580