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冷弯薄壁槽钢柱的卷边研究

作　者: 焦生留
导　师: 惠颖
学　校: 南京理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 冷弯薄壁槽钢轴压柱复杂卷边屈曲半波长屈曲荷载极限荷载
分类号: TU392.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

冷弯薄壁槽钢柱的板件宽厚比较大,在受压状态下容易发生局部屈曲而降低构件的整体稳定性。将构件的翼缘自由边弯折一次形成简单卷边可以增强板件的局部稳定性能,为了提高卷边刚度,防止卷边自身发生局部屈曲使构件稳定性能变差,可以将简单卷边多次弯折形成复杂卷边,从而有效地改善构件的稳定性能。卷边的出现,引入一种新的屈曲模式—畸变屈曲。国内外学者对简单卷边构件已经进行了深入的研究分析,但是畸变屈曲的研究仍有待于进一步的探讨。复杂卷边构件的研究在我国处于起步阶段,主要研究方向集中在构件的弹性工作阶段分析,对构件进入弹塑性工作阶段的研究相对比较少。为了研究卷边对冷弯薄壁槽钢轴压柱屈曲性能的影响,本文选取简单卷边、向内复杂卷边和向外复杂卷边槽钢柱进行有限元模拟,建立了基于小变形理论的弹性屈曲模型,和考虑初始几何缺陷、几何非线性和材料非线性的弹塑性工作阶段的模型。发现当构件发生局部屈曲时,卷边的加劲效果由高到低依次为向外复杂卷边、向内复杂卷边和简单卷边；当构件发生畸变屈曲时,卷边的加劲效果由高到低依次为简单卷边、向内复杂卷边和向外复杂卷边。同时,本文分析了翼缘宽度、腹板高度和壁厚等参数对带有不同卷边构件的稳定性能的影响,其中壁厚是对构件屈曲性能影响最大的参数,壁厚变化可以显著地改变构件的屈曲应力,使得屈曲模式发生改变。当构件截面其它尺寸不变时,增加壁厚可以提高构件的稳定性能；增加翼缘宽度或腹板高度使构件的稳定性能变差。本文最后通过有限条法分析构件屈曲半波长对屈曲性能的影响。发现构件发生畸变屈曲时,屈曲应力与屈曲半波长随不同卷边形式的变化规律相似；构件发生局部屈曲时,屈曲应力与屈曲半波长随不同卷边形式的变化规律相反。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-17
  1.1 冷弯薄壁型钢的特点和应用  8-10
    1.1.1 冷弯薄壁型钢的特点  8-9
    1.1.2 冷弯薄壁型钢的应用  9-10
  1.2 冷弯薄壁型钢的研究现状  10-15
    1.2.1 冷弯薄壁型钢的屈曲模式  10-11
    1.2.2 局部屈曲的研究进展  11-13
    1.2.3 畸变屈曲的研究进展  13-15
  1.3 论文的研究目的和内容  15-17
2 冷弯薄壁型钢构件的设计方法和有限元简介  17-25
  2.1 冷弯薄壁型钢构件的设计方法  17-21
    2.1.1 板件的屈曲后强度  17
    2.1.2 有效宽度法(Effective Width Method)  17-19
    2.1.3 直接强度法(Direct Strength Method)  19-21
    2.1.4 有效宽度法和直接强度法的对比  21
  2.2 有限元软件ABAQUS简介  21-25
    2.2.1 特征值屈曲分析  22
    2.2.2 非线性分析  22-23
    2.2.3 壳单元的选择  23-25
3 冷弯薄壁槽钢柱在弹性工作阶段的有限元分析  25-56
  3.1 截面尺寸确定  25-27
    3.1.1 构件截面尺寸的确定  25-26
    3.1.2 构件卷边形式的确定  26
    3.1.3 构件长度的确定  26-27
  3.2 有限元模型的建立  27-28
    3.2.1 模型参数的选取  27-28
    3.2.2 分析步的选取  28
    3.2.3 加载方式和边界条件的模拟  28
    3.2.4 单元类型和网格划分  28
  3.3 弹性屈曲分析  28-55
    3.3.1 卷边宽度对构件屈曲性能的影响  28-35
    3.3.2 翼缘宽度对构件屈曲性能的影响  35-43
    3.3.3 腹板高度对构件屈曲性能的影响  43-50
    3.3.4 腹板翼缘高宽比对构件屈曲性能的影响  50-52
    3.3.5 壁厚对构件屈曲性能的影响  52-55
  3.4 本章小结  55-56
4 冷弯薄壁槽钢柱极限荷载的有限元分析  56-89
  4.1 有限元模型的建立  56-58
    4.1.1 模型参数的选取  56-57
    4.1.2 分析步的选取  57
    4.1.3 加载方式和边界条件的模拟  57
    4.1.4 单元类型和网格划分  57
    4.1.5 初始几何缺陷  57-58
  4.2 构件极限荷载的有限元分析  58-82
    4.2.1 初始几何缺陷对构件极限荷载的影响  58-60
    4.2.2 卷边宽度对构件极限荷载的影响  60-63
    4.2.3 翼缘宽度对构件极限荷载的影响  63-71
    4.2.4 腹板高度对构件极限荷载的影响  71-77
    4.2.5 腹板翼缘高宽比对构件极限荷载的影响  77-79
    4.2.6 壁厚对构件极限荷载的影响  79-82
  4.3 构件极限荷载和屈曲荷载的对比  82-85
  4.4 屈曲半波长对构件屈曲性能的影响  85-88
  4.5 本章小结  88-89
5 结论与展望  89-91
  5.1 结论  89-90
  5.2 展望  90-91
致谢  91-92
参考文献  92-98
附录  98

冷弯薄壁槽钢柱的卷边研究

内容摘要

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