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钢构件弯扭屈曲具有突发性及灾难性,会引起建筑物整体倒塌并造成人民生命、财产的巨大损失;因此各国设计标准均以大量篇幅指导钢构件弯扭屈曲的设计。然而由于弯扭屈曲问题的复杂性和研究对象的多样性,理论成果和设计标准均处于争议状态,导致理论难以统一和设计标准无法协调。本项目拟采用理论推导、试验研究和有限元模拟相结合的方法研究钢构件弯扭屈曲的设计理论。本项目首先提出了总势能完备性的概念和研究钢构件弯扭屈曲的新能量法,并采用新能量法推导完备的钢构件弯扭屈曲总势能方程和平衡微分方程;其次分别推导钢梁和钢压弯构件弯扭屈曲荷载的通用计算公式和重要荷载类型、典型边界条件下屈曲荷载通用设计公式中各系数的数值;最后通过试验研究和有限元模拟验证理论分析的正确性,为统一和完善我国钢结构相关设计标准中弯扭屈曲设计理论提供可靠依据。本项目在丰富结构分析方法、统一弯扭屈曲理论研究、协调设计标准上具有重要的科学价值。
钢构件弯扭屈曲具有突发性及灾难性,会引起建筑物整体倒塌并造成人民生命、财产的巨大损失。然而,由于弯扭屈曲问题的复杂性和研究对象的多样性,当前的理论成果尚未统一,而设计标准不尽一致。 本项目基于钢构件弯扭屈曲总势能的完备性,即不多算、不漏算或不重复计算总势能的势能项,研究了钢构件弯扭屈曲的基本理论和设计方法。(1)修正符拉索夫的“中面剪应变为零假定”为“中面线性剪应变为零假定”并给出了其计算式,采用能量法严格推导了线性剪应变能和外荷载势能,得到了复合荷载作用下完备的弯扭屈曲总势能。依据完备的弯扭屈曲总势能简化得到了完备的钢梁弯扭屈曲总势能。(2)推导了非形心主轴坐标系下不对称参数的积分公式,由不对称参数的积分公式推导了不对称参数的通用求和公式,进而化简得到单轴对称截面不对称参数的求和公式,给出了部分常用截面的βx和(或)βy的精确计算式或近似计算式,建立了不对称参数公式计算精度的判定准则。(3)建立了复合荷载作用下钢梁弯扭屈曲临界弯矩的计算理论,统一了单一荷载、复合荷载下临界弯矩的计算公式。(4)建立了等效弯矩系数的计算理论,推导了7种常见工况下Cb的理论计算式和6种常见工况的Cb实用计算式,提出了Cb计算式的选用准则。(5)分析了复合荷载作用下钢梁的失稳机理,指出了横向荷载与端弯矩共同作用下钢梁的临界弯矩Mcr随端弯矩比例系数β的增大具有复杂的变化趋势,当1 ≤ β ≤ 2时临界弯矩可达到最大值。 本项目的研究成果统一了推导钢构件弯扭屈曲总势能方程的能量法,为修订《钢结构设计规范》GB 50017—2003和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018—2002的相关设计条文提供了统一的理论依据,建立的复合荷载作用下钢梁弯扭屈曲临界弯矩和等效弯矩系数的计算理论解决了长期以来无法计算该类稳定问题的公式的困境,丰富了钢梁稳定的设计方法。
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钢构件弯扭屈曲总势能方程的合理性分析
为研究钢构件弯扭屈曲总势能方程的合理性,该文通过分析推导总势能方程的两个方法——应力法和应变法的基本过程,揭示了应变表达式和位移模式是影响总势能方程推导结果的两个关键因素,建立了这两个关键因素合理性的判定准则,并验证了准则的正确性。依据该文建立的准则,对两种典型位移模式和三种典型总势能方程进行了判定。结果表明:符拉索夫位移模式较Trahair位移模式更为合理,吕烈武等学者的总势能方程较Bleich的总势能方程和Trahair的总势能方程更为合理。最后,建议了推导钢梁临界弯矩Mcr设计公式应采用的总势能方程。
钢构件弹塑性弯扭屈曲荷载的数值解
对受弯构件在弯矩作用平面内作弹塑性分析,以便确定沿构件纵轴各截面弹性区的分布范围,再通过建立平面外弯曲与扭转的平衡方程求解构件的临界弯矩。求解得到的Mcr与给定的M之间的差值应满足精确度|ΔM/M|≤10-3,解得的弯矩即为临界弯矩。
《土木工程名词》第一版。 2100433B
2003年,经全国科学技术名词审定委员会审定发布。
1绪论
1.1概述
1.2冷弯薄壁型钢构件畸变屈曲研究现状
1.3本书的研究目的与研究内容
2冷弯薄壁型钢构件理论和数值分析方法
2.1概述
2.2冷弯型钢板件和构件的线性弹性屈曲分析方法
2.3冷弯型钢构件极限承载力求解方法
2.4冷弯型钢构件数分析方法
3冷弯薄壁型钢开口截面构件弹性畸变屈曲分析
3.1概述
3.2边缘加劲板件弹性屈曲分析的能量法
3.3边缘加劲板件局部屈曲稳定系数
3.4边缘加劲板件畸变屈曲稳定系数
3.5小结
4冷弯薄壁型钢开口截面构件畸变屈曲非线性分析
4.1概述
4.2边缘加劲板件弹塑性屈曲
4.3边缘加劲板件畸变屈曲的屈曲后强度
4.4边缘加劲板件的强度计算以及简化方法
4.5小结
5冷弯薄壁型钢开口截面构件承载力计算方法
5.1概述
5.2开口薄壁截面构件畸变屈曲承载力建议计算方法
5.3冷弯卷边槽形截面构件承载力试验
5.4冷弯卷边槽形截面构件其他国内外试验
5.5小结
6冷弯薄壁型钢开口截面构件畸变屈曲控制研究
6.1概述
6.2畸变屈曲发生的临界条件
6.3截面卷边尺寸要求
6.4构件计算长度小于畸变屈曲半波长的设计
6.5控制畸变屈曲发生的构造措施及设计原则
6.6冷弯卷边槽形截面构件畸变屈曲控制试验
6.7小结
7开孔冷弯薄壁型钢构件畸变屈曲性能与设计方法
7.1开孔冷弯薄壁型钢构件弹性畸变屈曲分析
7.2腹板开圆孔冷弯薄壁型钢轴压构件试验
7.3腹板开长圆孔冷弯薄壁型钢轴压构件试验
7.4腹板开孔冷弯薄壁型钢轴压构件畸变屈曲承载力设计方法
7.5小结 参考文献 2100433B