弯扭联合作用下冷弯薄壁C形钢梁的畸变屈曲

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冷弯薄壁型钢构件具有良好的截面性能,易于预制和量产,并可回收利用,因此被广泛地应用于各种轻型钢结构中。但和整体屈曲和局部屈曲一样,畸变屈曲在某些情况下有可能会控制冷弯薄壁型钢构件的设计。本文对弯扭联合作用下简支冷弯薄壁C形钢梁的畸变屈曲进行了深入研究。
  首先对冷弯薄壁C形钢梁的弯曲和扭转理论进行了分析,给出了弯曲和扭转以及弯扭联合作用下C形钢截面的应力分布,明确了C形钢梁在弯扭联合作用下其截面正应力分布的最不利位置,另外根据弯曲和扭转理论还给出了C形钢截面特性的计算公式。应用能量法推导得到了冷弯薄壁C形钢梁在沿构件长度方向均匀分布的弯矩和双力矩作用下的弹性畸变屈曲相关方程,并将有限条软件CUFSM的计算结果与此相关方程进行了比较分析,证明本文公式具有足够的精度。
  然后利用有限元软件ANSYS来分析承受跨中偏心集中荷载作用的冷弯薄壁C形弯扭钢梁的畸变屈曲性能。弹性分析中对C形钢梁的弹性畸变屈曲模态以及影响其弹性畸变屈曲性能的相关参数进行了分析,明确了对C形钢梁弹性畸变屈曲荷载影响较大的参数,并由弹性有限元分析结果拟合得到了跨中偏心集中荷载作用下冷弯薄壁C形钢梁的弹性畸变屈曲荷载计算公式。弹塑性分析中主要对钢梁的破坏模态、极限承载力、屈曲后强度、应力应变状态以及非线性因素对钢梁破坏模态和承载力的影响进行了研究,并在已有试验研究的基础上,结合弹塑性有限元分析结果建立了冷弯薄壁C形钢梁的畸变屈曲承载力计算公式。
  最后基于以往加固措施的研究,针对跨中偏心集中荷载作用下的冷弯薄壁C形弯扭钢梁,利用有限元软件ANSYS对其加固后的屈曲模态和屈曲荷载进行了线弹性分析,验证了连杆、三角形隔板、梯形隔板和矩形隔板四种加固方式的有效性,分析了加固间距和加固方式对钢梁畸变屈曲的影响,综合用钢量和屈曲荷载提升程度,提出了最佳加固措施。其后对钢梁相关参数对加固效果的影响进行了讨论,包括荷载偏心距、钢梁跨度和卷边高度,进一步验证了加固措施的有效性。
  
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