【摘 要】
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与工字型截面相比,圆管截面没有角点、截面任意对称且抗弯刚度较大。我国现行规范中虽然将圆管截面作为特殊截面提出了相应的压弯稳定承载力计算公式,但是该公式地基础形式仍与工字型截面相同,没有突出圆管截面和工字型截面的区别,没有很好的反映圆钢管压弯构件的轴力-弯矩相关关系。本文将对圆钢管压弯构件稳定承载力进行研究,采用的方法是理论推导和有限元分析。首先,建立考虑初弯曲和残余应力两种初始缺陷的圆钢管压弯构件
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与工字型截面相比,圆管截面没有角点、截面任意对称且抗弯刚度较大。我国现行规范中虽然将圆管截面作为特殊截面提出了相应的压弯稳定承载力计算公式,但是该公式地基础形式仍与工字型截面相同,没有突出圆管截面和工字型截面的区别,没有很好的反映圆钢管压弯构件的轴力-弯矩相关关系。本文将对圆钢管压弯构件稳定承载力进行研究,采用的方法是理论推导和有限元分析。首先,建立考虑初弯曲和残余应力两种初始缺陷的圆钢管压弯构件的有限元模型,分析了初弯曲、热轧圆钢管纵向残余应力、加载顺序、截面径厚比、截面直径等变量对圆钢管压弯构件的轴力-弯矩承载力相关关系的影响,根据本章的分析结果确定计算圆钢管压弯构件稳定承载力有限元模型的各种计算参数。接着,推导了只考虑初弯曲影响的圆钢管压弯构件平面内稳定的JEZEK解。该方法的解是从构件内外轴向力平衡方程、内外弯矩平衡方程和取得极限荷载的极值条件这三个条件推导出来的,并考虑了圆管截面可能发生单侧屈服和双侧屈服两种情况。建立有限元模型计算了只考虑初弯曲影响的圆钢管压弯构件平面内稳定极限承载力,并与推导的圆钢管压弯构件JEZEK解的计算结果进行比较,分析JEZEK法的计算精确度,初步了解圆钢管压弯构件轴力-弯矩相关关系。随后,对圆钢管单向压弯构件的稳定承载力采用有限元软件进行计算,并将有限元计算数据与现行规范相关公式数据进行对比,讨论现行规范相关公式是否适用于计算圆钢管单向压弯构件稳定承载力;从圆钢管截面塑性铰状态的轴力-弯矩相关关系出发,代入带有几何缺陷压弯杆的弹性二阶弯矩,推导出圆钢管单向压弯构件稳定承载力上限公式。将该上限式与有限元数据进行对比和拟合,修改了理论公式中的一个系数,并采用与工字钢压弯构件相同的等效弯矩系数,获得了较为精确的圆钢管单向压弯构件稳定承载力上限计算公式。得到以下结论:现行规范相关公式计算结果与有限元计算结果相比整体上偏于保守,尤其是弯矩线性变化并且是双曲率弯曲的情况;当端部弯矩比是1时,现行规范相关公式的轴力-弯矩相关关系曲线与有限元计算结果曲线呈现不同的变化趋势,说明现行规范相关公式不能很好地反映圆钢管单向压弯构件实际的轴力-弯矩相关关系;将从理论推导的圆钢管单向压弯构件稳定承载力上限公式与有限元结果进行对比,发现该公式可以很好地反映圆钢管单向压弯构件的真实轴力-弯矩曲线变化趋势;参考有限元计算结果进行拟合的理论推导公式,可以较为精确地计算端部弯矩比是1时的上限稳定承载力,同时采用现行规范中工字钢压弯构件的等效弯矩系数后,也能够较为准确地计算端部弯矩不是1情况下的圆钢管单向压弯构件上限稳定承载力。最后,对圆钢管双向压弯构件进行弹性二阶分析,考虑两个主轴方向最大端部弯矩在构件同端和异端两种情况,得到了圆钢管双向压弯构件的等效弯矩系数计算公式,并偏安全的给出了等效弯矩系数计算简式,该计算简式与弯矩合成方式形成了统一。对大量的双向压弯的圆钢管进行了弹塑性有限元分析,将提出的双向受弯的等效弯矩公式用于代替单向压弯的稳定性计算公式中的等效弯矩系数,将获得的公式与有限元结果进行了对比,结果表明,提出的公式,对不同的端部弯矩比情况,计算结果偏安全且计算精度较高。
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