不銹鋼焊接截面梁局部穩(wěn)定與非線性變形性能研究

不銹鋼結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的耐腐蝕性、耐久性和建筑表現(xiàn)力，可以從結(jié)構(gòu)材料層面解決普通鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕問題，但不銹鋼的非線性材料力學(xué)特性使得構(gòu)件的受力性能與普通鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件存在明顯區(qū)別，不能直接沿用現(xiàn)有的計(jì)算方法。本項(xiàng)目采用了試驗(yàn)研究、數(shù)值計(jì)算和理論分析的手段，對(duì)不銹鋼焊接截面梁的局部穩(wěn)定性能和變形性能進(jìn)行了深入研究。主要研究?jī)?nèi)容包括：完成了108組奧氏體型S30408和雙相型S22253兩種牌號(hào)不銹鋼材料的拉伸和壓縮力學(xué)性能試驗(yàn)，32組不銹鋼焊接截面梁的剪切、彎曲、彎剪和局部承壓的局部穩(wěn)定加載試驗(yàn)，以及10組簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁的變形性能試驗(yàn)，所得出的不銹鋼梁受力特性和失效破壞形態(tài)是開展不銹鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)研究的基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)；分別建立了準(zhǔn)確模擬不銹鋼焊接截面梁局部穩(wěn)定性能和變形性能的精細(xì)化有限元數(shù)值模型，并基于試驗(yàn)結(jié)果對(duì)模型的準(zhǔn)確可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證；系統(tǒng)分析了梁腹板在純剪、純彎和局部壓應(yīng)力單獨(dú)作用以及多種應(yīng)力組合作用下的局部屈曲受力機(jī)理，探究了梁腹板上配置的橫向加勁肋、斜向加勁肋和縱向加勁肋的影響，研究了簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁的荷載-撓度發(fā)展關(guān)系，基于試驗(yàn)研究和數(shù)值分析結(jié)果揭示了各關(guān)鍵參數(shù)對(duì)梁局部穩(wěn)定性能和變形性能的影響規(guī)律；提出了不銹鋼焊接截面梁腹板加勁肋配置原則，得出了不銹鋼梁局部穩(wěn)定承載力和變形計(jì)算方法，包括梁的局部屈曲承載力和在不同加勁肋配置方案下考慮屈曲后強(qiáng)度的承載力計(jì)算公式。項(xiàng)目研究成果為我國正在開展的《不銹鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》修訂工作和相關(guān)工程實(shí)踐提供了重要的試驗(yàn)和理論研究基礎(chǔ)。 2100433B

不銹鋼結(jié)構(gòu)由于其優(yōu)良的耐腐蝕性和耐久性，在建筑結(jié)構(gòu)中具有可觀的應(yīng)用前景；不銹鋼材的基本力學(xué)性能與普通鋼材存在明顯區(qū)別，現(xiàn)有的普通鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法不再適用，需要針對(duì)不銹鋼結(jié)構(gòu)開展專門研究。本項(xiàng)目將以不銹鋼焊接截面梁的局部穩(wěn)定與變形性能試驗(yàn)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)開展梁局部穩(wěn)定與非線性變形受力機(jī)理和設(shè)計(jì)方法研究：建立準(zhǔn)確描述不銹鋼梁腹板在剪力、彎矩、局部壓力單獨(dú)作用以及共同作用下的局部屈曲機(jī)理的簡(jiǎn)化力學(xué)模型，以及確定不銹鋼焊接簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁的荷載-撓度發(fā)展定量關(guān)系式；建立能夠準(zhǔn)確可靠模擬不銹鋼焊接截面梁局部穩(wěn)定和非線性變形性能的精細(xì)有限元數(shù)值模型，開展系統(tǒng)性參數(shù)分析確定各關(guān)鍵參數(shù)的影響規(guī)律；確定不銹鋼焊接截面梁腹板加勁肋配置與設(shè)計(jì)原則，提出腹板局部穩(wěn)定和屈曲后強(qiáng)度利用的設(shè)計(jì)方法，建立彎曲撓度計(jì)算和殘余變形控制設(shè)計(jì)方法。項(xiàng)目研究成果對(duì)于完善不銹鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和理論，促進(jìn)不銹鋼結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用具有重要的積極意義。

本書在研究國內(nèi)外有關(guān)收縮、徐變和交接面滑移計(jì)算理論的基礎(chǔ)上，基于簡(jiǎn)支鋼—混凝土組合梁變形后的平截面假設(shè)及混凝土與鋼梁之間接觸面的變形協(xié)調(diào)條件，研究了混凝土收縮、徐變以及交接面滑移對(duì)簡(jiǎn)支鋼—混凝土組合梁非線性變形的影響，分別得到了基于混凝土收縮、徐變以及考慮交接面滑移后的附加非線性變形計(jì)算方法。采用本書的方法對(duì)實(shí)際工程中的兩根典型簡(jiǎn)支鋼—混凝土組合梁進(jìn)行了變形計(jì)算，同時(shí)對(duì)該組合梁進(jìn)行了長(zhǎng)期變形監(jiān)測(cè)，并采用FLAC3D對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬分析。實(shí)測(cè)及計(jì)算結(jié)果均表明，用現(xiàn)行規(guī)范中的計(jì)算方法將使鋼—混凝土組合梁的長(zhǎng)期撓度計(jì)算值偏小。通過對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及計(jì)算機(jī)模擬分析結(jié)果三者的比較分析，證明本書提供的計(jì)算方法可用來計(jì)算簡(jiǎn)支鋼—混凝土組合梁的長(zhǎng)期非線性變形。同時(shí)通過對(duì)比分析，選擇了經(jīng)對(duì)比驗(yàn)證較為合理，且表達(dá)簡(jiǎn)單、易于分析的可用于簡(jiǎn)支鋼—混凝土組合梁長(zhǎng)期荷載作用下非線性變形的混凝土收縮、徐變的計(jì)算模型，并根據(jù)分析結(jié)果，提出了對(duì)簡(jiǎn)支鋼—混凝土組合梁在設(shè)計(jì)及施工時(shí)的一些建議。

第1章 緒論

11 結(jié)構(gòu)小變形和大變形

12 工程結(jié)構(gòu)大變形研究現(xiàn)狀

13幾何非線性問題解法

131增量法

132迭代法

133混合法

14幾何非線性大變形優(yōu)化算法概述

本章參考文獻(xiàn)

第2 章　梁類幾何非線性大變形問題的算法研究

21 懸臂梁幾何大變形算法與應(yīng)用

211 懸臂梁大變形時(shí)內(nèi)力與變形關(guān)系

212 懸臂梁幾何非線性大變形問題的優(yōu)化算法

213 梁大變形問題算例

22 分布荷載下簡(jiǎn)支梁大變形的優(yōu)化算法

221 大變形簡(jiǎn)支梁的內(nèi)力與變形關(guān)系

222 分布荷載作用下簡(jiǎn)支梁大變形問題算例

23 超靜定梁結(jié)構(gòu)非線性大變形問題的優(yōu)化算法研究與應(yīng)用

231 超靜定懸臂梁的力學(xué)模型

232 各子段在局部坐標(biāo)系下發(fā)生變形與其在整體坐標(biāo)系下的關(guān)系表達(dá)

233 超靜定懸臂梁各微段在整體坐標(biāo)系下的整體坐標(biāo)建立

234 超靜定懸臂梁幾何非線性大變形優(yōu)化問題與目標(biāo)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)

235 程序設(shè)計(jì)

236 超靜定幾何非線性大變形的算例分析

24 本章小結(jié)

本章參考文獻(xiàn)

第3 章 簡(jiǎn)單桁架桿類幾何大變形問題的算法研究

31 平面靜定桁架結(jié)構(gòu)大變形的優(yōu)化精確算法

311 受載荷平衡狀態(tài)下內(nèi)力與變形非線性函數(shù)關(guān)系

312 平衡狀態(tài)下內(nèi)力與變形的優(yōu)化問題及其計(jì)算

313 桿件大變形算例

32空間桁架結(jié)構(gòu)大變形的優(yōu)化方法與應(yīng)用

321 空間共點(diǎn)桁架在受載荷平衡狀態(tài)下內(nèi)力與變形非線性函數(shù)關(guān)系

322 桿件平衡狀態(tài)下內(nèi)力與變形關(guān)系的優(yōu)化算法

3221 優(yōu)化問題建立

3222 程序設(shè)計(jì)

333 桿件大變形算例

33 本章小結(jié)

本章參考文獻(xiàn)

第4 章 工程非線性微分方程邊值問題的算法研究

41 非線性常微分方程邊值問題優(yōu)化算法研究

411 研究意義

412 微分方程邊值問題的最優(yōu)化算法原理與程序設(shè)計(jì)

413算例分析

42 基于非線性微分方程邊值問題的超靜定變截面梁變形的求解

421 變截面梁超靜定問題的優(yōu)化算法

422算例分析

43 非線性偏微分方程邊值問題的優(yōu)化求解算法

431 引言

432非線性偏微分方程邊值問題的差分構(gòu)成

433 非線性偏微分方程邊值問題的優(yōu)化算法

434 算例分析

44 本章小結(jié)

本章參考文獻(xiàn)

第 5章 薄板類彎曲大變形問題的算法研究

51 薄板小變形問題

511 薄板小變形模型與彈性曲面的微分方程

512 簡(jiǎn)支邊矩形薄板的經(jīng)典納維解法

513 薄板小變形差分算法

514 矩形薄板彎曲小變形優(yōu)化問題

515 算例分析

52 薄板彎曲大變形問題優(yōu)化算法研究

521 薄板彎曲大變形問題非線性偏微分方程的建立

523 算例分析

53 本章小結(jié)

本章參考文獻(xiàn)

第6章 剛架結(jié)構(gòu)大變形求解算法研究與應(yīng)用

61剛架結(jié)構(gòu)小變形優(yōu)化求解算法與應(yīng)用

611剛架桿件結(jié)構(gòu)問題剖析

612 載荷作用下桿件變形狀態(tài)平衡條件方程

613 桿件結(jié)構(gòu)問題的優(yōu)化求解原理

614 求解桿件結(jié)構(gòu)問題目標(biāo)函數(shù)程式的形成分析

615 算例

62 剛架非線性大變形問題的優(yōu)化求解算法及其應(yīng)用

621 剛架大變形時(shí)內(nèi)力與變形關(guān)系

622 剛架幾何非線性大變形問題目標(biāo)函數(shù)的形式

623 剛架大變形問題算例

63 本章小結(jié)

本章參考文獻(xiàn)

第7章 結(jié)論

附錄1 梁大變形優(yōu)化算法程序

附錄2 薄板大變形優(yōu)化算法求解程序 2100433B

與等截面梁相比，變截面梁節(jié)省材料，減輕梁本身重量。