開口超薄壁構(gòu)件彈塑性畸變屈曲機(jī)理研究

本項目針對開口超薄壁型鋼構(gòu)件彈塑性畸變屈曲機(jī)理及其設(shè)計理論中若干關(guān)鍵問題進(jìn)行研究，主要包括開口超薄壁型鋼構(gòu)件彈塑性畸變屈曲機(jī)理及其分析理論、協(xié)調(diào)變形模式下考慮畸變屈曲和局部屈曲相關(guān)作用的一體化分析理論、畸變屈曲與局部屈曲相關(guān)作用分析理論、以及開口超薄壁型鋼構(gòu)件畸變屈曲臨界條件和有效控制措施。目前，項目已完成全部預(yù)訂研究計劃，部分工作開展了更為深入的研究。 首先，本項目完成了冷彎薄壁型鋼構(gòu)件軸壓（S350試件繞弱軸失穩(wěn)19個，繞強(qiáng)軸失穩(wěn)4個；LG550試件繞弱軸失穩(wěn)44個，繞強(qiáng)軸失穩(wěn)19個）和偏壓試驗（S280試件荷載偏向腹板11個，偏向卷邊10個，繞強(qiáng)軸失穩(wěn)37個；S350試件荷載偏向腹板19個，偏向卷邊7個，繞強(qiáng)軸失穩(wěn)7個；LG550試件荷載偏向腹板14個，偏向卷邊16個，繞強(qiáng)軸失穩(wěn)18個），揭示了冷彎薄壁型鋼開口截面構(gòu)件的失穩(wěn)破壞模式，為畸變屈曲受力性能分析提供了堅實的試驗基礎(chǔ)。 其次，本文基于能量法，提出局部屈曲和畸變屈曲相關(guān)屈曲的分析方法，得出了畸變屈曲彈性及彈塑性屈曲應(yīng)力的計算公式以及畸變屈曲半波長的計算公式，提出了不考慮腹板相關(guān)作用的邊緣加勁板件的屈曲穩(wěn)定系數(shù)，并分別考慮最大應(yīng)力作用于卷邊側(cè)和最大應(yīng)力作用于腹板側(cè)的情況。比較分析表明，該系數(shù)表達(dá)式具有很好的精度和適用性，且與現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》的處理方法相一致。同時，也可方便地對畸變屈曲和整體失穩(wěn)相關(guān)作用的承載力進(jìn)行分析計算。在此基礎(chǔ)上，對于卷邊槽形截面構(gòu)件，采用有效寬度法，建立了同時考慮畸變屈曲、整體屈曲和局部屈曲的承載力統(tǒng)一計算方法。 最后，基于上述理論，對控制畸變屈曲發(fā)生的構(gòu)造措施及設(shè)計原則進(jìn)行了試驗研究和理論分析，提出了不同基本構(gòu)件不發(fā)生畸變屈曲時對卷邊尺寸的要求限值，驗證了在構(gòu)件的卷邊間加設(shè)綴板以控制畸變屈曲發(fā)生的有效性及設(shè)計原則，對工程設(shè)計具有重要指導(dǎo)意義。 基于課題研究成果，已發(fā)表英文期刊論文1篇、錄用1篇；中文期刊論文3篇、錄用3篇。培養(yǎng)博士生1名、碩士生4名。研究成果為正在修編國家標(biāo)準(zhǔn)《冷彎型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GB50018）、國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術(shù)規(guī)程》（JGJ227-2011）及上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《輕型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（DG/TJ08-2089-2012）所采納。 2100433B

開口超薄壁型鋼構(gòu)件由于截面板件寬厚比大且存在部分加勁板件，失穩(wěn)模式復(fù)雜，可能發(fā)生彎曲、扭轉(zhuǎn)、彎扭等整體失穩(wěn)，及板件的局部屈曲，橫截面的畸變屈曲，其中畸變屈曲相對復(fù)雜，且各種模式存在明顯相互作用。我國現(xiàn)行冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范對于畸變屈曲無明確設(shè)計方法，也無相應(yīng)控制措施和臨界條件判定方法。本文擬針對開口超薄壁型鋼構(gòu)件彈塑性畸變屈曲機(jī)理及其設(shè)計理論中若干關(guān)鍵問題進(jìn)行研究，主要包括：①開口超薄壁型鋼構(gòu)件彈塑性畸變屈曲機(jī)理及其分析理論；②協(xié)調(diào)變形模式下考慮畸變屈曲和局部屈曲相關(guān)作用的一體化分析理論；③畸變屈曲與整體屈曲相關(guān)作用分析理論；④開口超薄壁型鋼構(gòu)件畸變屈曲臨界條件和有效控制措施。研究成果將為開口超薄壁構(gòu)件考慮畸變屈曲影響下的承載力分析提供系統(tǒng)理論支撐，為完善我國開口、大寬厚比截面型鋼構(gòu)件相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，推進(jìn)其在我國建筑鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，具有重要理論意義和實用價值。

1緒論

1.1概述

1.2冷彎薄壁型鋼構(gòu)件畸變屈曲研究現(xiàn)狀

1.3本書的研究目的與研究內(nèi)容

2冷彎薄壁型鋼構(gòu)件理論和數(shù)值分析方法

2.1概述

2.2冷彎型鋼板件和構(gòu)件的線性彈性屈曲分析方法

2.3冷彎型鋼構(gòu)件極限承載力求解方法

2.4冷彎型鋼構(gòu)件數(shù)分析方法

3冷彎薄壁型鋼開口截面構(gòu)件彈性畸變屈曲分析

3.1概述

3.2邊緣加勁板件彈性屈曲分析的能量法

3.3邊緣加勁板件局部屈曲穩(wěn)定系數(shù)

3.4邊緣加勁板件畸變屈曲穩(wěn)定系數(shù)

3.5小結(jié)

4冷彎薄壁型鋼開口截面構(gòu)件畸變屈曲非線性分析

4.1概述

4.2邊緣加勁板件彈塑性屈曲

4.3邊緣加勁板件畸變屈曲的屈曲后強(qiáng)度

4.4邊緣加勁板件的強(qiáng)度計算以及簡化方法

4.5小結(jié)

5冷彎薄壁型鋼開口截面構(gòu)件承載力計算方法

5.1概述

5.2開口薄壁截面構(gòu)件畸變屈曲承載力建議計算方法

5.3冷彎卷邊槽形截面構(gòu)件承載力試驗

5.4冷彎卷邊槽形截面構(gòu)件其他國內(nèi)外試驗

5.5小結(jié)

6冷彎薄壁型鋼開口截面構(gòu)件畸變屈曲控制研究

6.1概述

6.2畸變屈曲發(fā)生的臨界條件

6.3截面卷邊尺寸要求

6.4構(gòu)件計算長度小于畸變屈曲半波長的設(shè)計

6.5控制畸變屈曲發(fā)生的構(gòu)造措施及設(shè)計原則

6.6冷彎卷邊槽形截面構(gòu)件畸變屈曲控制試驗

6.7小結(jié)

7開孔冷彎薄壁型鋼構(gòu)件畸變屈曲性能與設(shè)計方法

7.1開孔冷彎薄壁型鋼構(gòu)件彈性畸變屈曲分析

7.2腹板開圓孔冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件試驗

7.3腹板開長圓孔冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件試驗

7.4腹板開孔冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件畸變屈曲承載力設(shè)計方法

7.5小結(jié)　參考文獻(xiàn) 2100433B

薄壁截面特性使冷成型鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)力學(xué)行為更加復(fù)雜，開口截面冷彎薄壁型鋼構(gòu)件更容易發(fā)生局部、整體和畸變屈曲。局部和畸變都具有屈曲后強(qiáng)度，在一定條件下會與其他屈曲模式相關(guān)，且相關(guān)屈曲的極限承載力較低。國內(nèi)外學(xué)者對于畸變屈曲方面的研究還沒有形成統(tǒng)一的認(rèn)識，特別是畸變與整體相關(guān)屈曲的研究未系統(tǒng)開展。本項目對冷彎薄壁型鋼受壓構(gòu)件畸變與整體相關(guān)屈曲性能進(jìn)行研究，對其失穩(wěn)力學(xué)機(jī)理、破壞模式、極限承載力進(jìn)行研究。建立了畸變與整體相關(guān)屈曲模式的理論分析模型；提出了識別畸變屈曲、整體屈曲、畸變與整體相關(guān)屈曲的判定準(zhǔn)則，給出了相應(yīng)的臨界條件；提出了畸變與整體相關(guān)屈曲的設(shè)計理論和簡化計算方法。 （1）通過有限元精細(xì)化分析模型對冷彎薄壁C型鋼軸壓構(gòu)件進(jìn)行了相關(guān)屈曲模式及其發(fā)生的力學(xué)機(jī)理、變形特征；研究了截面幾何參數(shù)對畸變與整體相關(guān)屈曲行為的影響；提出了畸變與整體相關(guān)屈曲的理論分析模型。 （2）對不同截面尺寸的68個冷彎薄壁型鋼構(gòu)件（包括腹板開洞情況）進(jìn)行極限承載力試驗研究。研究了構(gòu)件畸變屈曲后與整體屈曲相互作用的承載力性能；研究了構(gòu)件畸變與整體相關(guān)屈曲的變形模式、截面幾何參數(shù)對畸變與整體相關(guān)屈曲行為的影響，畸變屈曲后與整體屈曲相互作用的極限承載力。 （3）研究畸變與整體相關(guān)屈曲構(gòu)件的設(shè)計理論與設(shè)計方法。對當(dāng)前國際上流行的直接強(qiáng)度法（DSM）畸變與整體相關(guān)屈曲計算公式，通過收集實驗數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了研究，提出了相應(yīng)的設(shè)計理論和計算方法，并給出了判定準(zhǔn)則。 2100433B

本書介紹了冷彎薄壁型鋼畸變屈曲受力性能和設(shè)計方法，主要包括冷彎薄壁型鋼受力性能數(shù)分析方法、冷彎薄壁型鋼構(gòu)件畸變屈曲彈性和塑性分析與設(shè)計方法、冷彎薄壁型鋼構(gòu)件畸變屈曲控制措施、開孔冷彎薄壁型鋼構(gòu)件畸變屈曲受力性能與設(shè)計方法等。

本書可供從事土木工程的科研、設(shè)計、施工技術(shù)人員使用，也可作為大專院校相關(guān)專業(yè)師生的參考用書。