楔形變截面構(gòu)件的平面外彈塑性穩(wěn)定研究.pdf

1、變截面構(gòu)件在門式剛架廠房中的應(yīng)用非常廣泛,而平面外彎扭失穩(wěn)是薄壁構(gòu)件主要的失穩(wěn)模式,比單獨的彎曲失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)要復(fù)雜得多?！堕T式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS102:2002)中對變截面壓彎構(gòu)件的平面外穩(wěn)定驗算存在著不少問題,相關(guān)公式中軸力項取小端的內(nèi)力及其截面性質(zhì),彎矩項取大端的內(nèi)力及其截面性質(zhì),當(dāng)楔形變截面柱退化成等截面柱時,“規(guī)程”(CECS102:2002)中的公式不能退化成《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范》(GB50017-2003)中的

2、公式,造成規(guī)范之間不協(xié)調(diào)。對于梁的整體穩(wěn)定系數(shù)則是來源于彈性臨界彎矩公式,再進行必須的彈塑性折減,而實際受彎構(gòu)件因存在初始缺陷,殘余應(yīng)力等影響,彎扭失穩(wěn)已經(jīng)不再是分岔屈曲問題,而是極值點失穩(wěn)問題。另外,國內(nèi)外規(guī)范對彎矩線性變化梁的整體穩(wěn)定系數(shù)的計算采用不同的思路和方法,存在著較大爭議,無法協(xié)調(diào)各個專家學(xué)者的意見。即使對等截面構(gòu)件,目前的平面外穩(wěn)定計算公式也還是有改進的余地,例如,在M小/M大=-1時,βtx=0.3,對彎矩折減很大,此時

3、軸力大時平面外穩(wěn)定公式起控制作用;而彎矩大時,強度公式起控制作用。
　　 本文主要對變截面構(gòu)件的平面外彈塑性穩(wěn)定進行研究。首先,在已有研究的基礎(chǔ)上,根據(jù)經(jīng)典薄壁理論,推導(dǎo)了變截面壓彎構(gòu)件的總應(yīng)變能公式,在推導(dǎo)時,考慮了軸力和彎矩兩項,并在推導(dǎo)的整個過程中都考慮變截面構(gòu)件單軸對稱時剪心軸和形心軸夾角αcs的影響,不僅適用于雙軸對稱變截面也適用于單軸對稱變截面。其次,利用有限單元法對總應(yīng)變能公式進行剛度矩陣的推導(dǎo),并利用Ansys有

4、限元程序進行算例分析,來驗證本文理論的正確性。除此之外,本文的重點在于對變截面梁和變截面壓彎桿的平面外彈塑性研究,變截面梁受不等彎矩作用,取小端截面和大端截面的最大應(yīng)力比值分別為-1.0、-0.5、0、0.5和1.0,考慮構(gòu)件本身的初始缺陷和兩種殘余應(yīng)力模式,通過Ansys分析的結(jié)果擬合得到精度較高的整體穩(wěn)定系數(shù)公式,同樣,對變截面壓彎桿進行類似的彈塑性分析,通過對大量算例的計算數(shù)據(jù),提出一種光滑的軸力.彎矩相關(guān)作用曲線,得到新的平面外