冷弯薄壁矩形钢管短柱板组相关屈曲压弯性能研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sherry_yang
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
冷弯薄壁矩形钢管柱因其合理的截面形式表现出较好的压弯性能,因而被广泛应用于冷弯薄壁多层框架结构体系,作为框架结构的抗侧力构件。然而,冷弯薄壁矩形钢管柱的板件宽厚比一般较大,易发生局部屈曲,影响构件的极限承载力。目前国内钢结构设计规范根据截面承载力以及塑性变形能力,将钢构件截面板件分为不同宽厚比等级,并采用相应的极限承载力设计方法。然而,国内的薄壁型钢设计规范对冷弯薄壁型钢构件截面板件没有明确的分类,对冷弯薄壁矩形压弯构件均采用有效宽度法进行设计。该方法遵循截面边缘屈服准则,不考虑薄壁构件屈曲时部分截面所表现出显著的塑性行为,所以国内薄壁规范在估计该类构件极限抗弯承载力时较为保守,且该规范通过有效宽度法计算截面的有效宽度来进行构件极限承载力的计算,设计过程较为复杂,使用不便。此外,相关研究表明构件屈曲后存在板组效应,且该板组效应会对构件极限承载力产生显著的影响。因此,鉴于薄壁规范尚未从截面板件分类的角度对冷弯薄壁矩形压弯构件进行设计的局限性,本文根据国内钢结构设计规范,选取截面板件宽厚比类属于S3、S4以及S5的冷弯薄壁矩形钢管短柱,考虑板组相关屈曲作用,基于有效塑性宽度法,以相关参数如轴压比n、翼缘宽厚比rf和腹板宽厚比rw为自变量建立压弯构件的极限承载力计算公式。为了研究冷弯薄壁矩形钢管短柱的压弯承载性能,对不同轴压比、翼缘宽厚比及腹板宽厚比的1105个受常轴压力、变水平力作用的冷弯薄壁矩形钢管短柱进行了非线性有限元分析。主要研究内容与结果如下:(1)考虑材料非线性和几何非线性,建立并验证了冷弯薄壁矩形钢管短柱的非线性有限元模型,研究了构件承载极限状态的截面破坏形式。结果表明本文所选冷弯薄壁矩形钢管短柱绕强轴压弯过程主要出现两种破坏模式:全截面屈服和受压翼缘与腹板屈曲。当极限弯矩与考虑轴压力的塑性弯矩的比值Mu/Mpc≥1时,构件发生全截面屈服,而当Mu/Mpc<1时,构件的受压翼缘与腹板均发生屈曲。(2)分析了翼缘宽厚比、截面边长比以及轴压比三个参数对冷弯薄壁矩形钢管短柱稳定承载性能的影响。总结了不同参数组合的构件在破坏过程中的板组相关屈曲作用。结果表明,n与rf对压弯构件极限抗弯承载性能的影响较大,随着rf的增大,Mu/Mpc显著降低;随着n从0增大到0.4时,Mu/Mpc先减少后增大。rw对构件极限抗弯承载性能的影响也较为明显,Mu/Mpc随着rw的增大而减少,且rw对压弯构件极限承载力退化过程的影响较大,rw越大,构件的刚度退化越快。另外,构件翼缘与腹板相关屈曲作用受其板件宽厚比和轴压比的影响。(3)根据本文所选构件在极限状态的应力分布特点,基于有效塑性宽度法拟合了考虑板组相关屈曲作用的极限抗弯承载力计算公式,并将计算结果与有限元分析结果比较验证公式的准确性。此外,将计算结果与国内相关薄壁规范采用有效宽度法计算得到的极限值相比较,发现规范设计较为保守。故本文采用的有效塑性宽度法可为规范对薄柔构件进行承载力设计提供参考,且该计算公式不局限于因局部屈曲而不发展塑性的薄柔压弯构件,亦适用于部分发展塑性或者全截面塑性的压弯构件。
其他文献
建筑结构在其服役期间,受到自然环境和人为因素的影响而不断累积损伤。损伤的存在会严重影响结构的工作性能和安全性,因此损伤识别对于建筑结构的安全运营具有重要的意义。Hilbert-Huang变换因其对非线性信号时频分析的优越性被广泛应用于结构损伤识别中,然而作为Hilbert-Huang变换的核心步骤,经验模态分解(EMD)却存在端点效应和模态混叠等问题。本文针对EMD存在的端点效应问题进行了分析研究
无线通信技术飞速发展,目前,在国内已经开始商用的第五代(5G)无线通信仍然使用循环前缀正交频分复用(CP-OFDM)波形进行传输,但是其具有频谱利用率低,灵活性不足等局限性。滤波正交频分复用(F-OFDM)由于其子带可以根据不同的应用场景设置不同参数,带外频谱泄露(OOBE)低等优点有很大的希望应用于后续的无线通信系统版本当中。但由于使用正交调制,会带来峰均功率比(PAPR)较高的缺点。同时,通信
传统的天文导航方法中太阳光谱通常用于多普勒测速,然而太阳发生耀斑或黑子等活动时,太阳光谱会发生动态变化,这降低了测速导航精度。为了解决该问题,太阳光差分导航方法被提出,并受到广泛关注。其中,太阳光多普勒差分测速导航方法基于直射光和反射光两路光子的多普勒速度差进行差分测速。太阳光到达时间差方法基于直射光和反射光两路光子的到达时间差进行差分测距。这两种差分导航方法均解决了因太阳光不稳定而导致的光学误差
钛(Ti)及钛合金具有优异的力学性能、良好的生物相容性以及优异的耐腐蚀能力,因此被广泛应用于生物医用材料。以钛铌(Ti-Nb)和钛钽(Ti-Ta)基合金为主的第三代β型医用钛合金,与前两代医用钛合金相比,综合性能得到了显著提升。粉末冶金法具有原料利用率高与近净成型等优势,特别适用于形状复杂的医用钛及其合金产品的制备。而使用粉末冶金法制备Ti-Nb基和Ti-Ta基合金时,由于Nb和Ta等难熔金属的熔
目前新兴的被广泛用于矿化有机污染物的高级氧化技术,主要通过催化剂活化过硫酸盐(包括过一硫酸盐与过二硫酸盐)氧化剂产生硫酸根自由基。生物炭由于其具有电化学结构(如表面基团、碳基体结构),可提供电子、接受电子、或者作为中间体介导电子转移来参与水中氧化还原反应。虽然生物炭能够将电子转移给过一硫酸盐产生硫酸根自由基,但是生物炭活化过一硫酸盐能力有限,对污染物的去除效率不高。钴纳米颗粒可高效活化过一硫酸盐,
随着国家经济社会的发展,我国每年产生巨量的建筑垃圾,建筑垃圾的不当处理会对空气、土壤、地下水造成污染。建筑垃圾的主要成分是废弃的混凝土块和砖块,经破碎加工后形成的再生集料可重新用于工程建设。此外,我国是稻谷生产大国,副产品稻壳灰(Rice Husk Ash,RHA)的产量每年多达4000万吨,稻壳灰因含有高含量的二氧化硅,具有良好的利用前景。我国的路网建设需要消耗大量的矿石资源和水泥,将建筑垃圾和
传统的混凝土桥面沥青铺装防水黏结层大多采用的是SBS改性沥青和橡胶改性沥青,但由于层间黏结较差而导致的路面病害时有发生。基于已有研究表明,废胶粉(Waste Tire Rubber,WTR)/APAO(Amorphous Poly Al Pha Olefin)复合改性沥青是一种具有良好的高低温性能以及抗老化性能的高黏高弹改性沥青,为此本文提出将WTR/APAO复合改性沥青用于防水黏结层,同时对其可
作为一种经典的多面体,四面体DNA纳米结构(TDN)是通过四条DNA单链互补配对所生成的一种刚性、简单、稳定、修饰性强的纳米级材料。由于其良好的生物相容性以及细胞渗透性,为构建一系列用于活细胞研究的生物传感器和药物传递系统提供了一个普遍而有前景的平台。此外,DNA四面体的高度可编程性决定了它能够进行巧妙的设计并与其他材料相结合。随着DNA四面体和DNA纳米技术的快速发展,分析化学、分子生物学和医学
渗透性是评估水泥基材料耐久性能的重要指标,按传输介质的不同,可以分为水渗透性、氯离子渗透性、气体渗透性等。其中由于气体分子更容易穿过混凝土材料的孔隙结构及界面过渡区,其渗流过程和试验结果能更加准确地反应混凝土材料的耐久性能,是衡量UHPC耐久性的理想物理参数。此外,在核电领域、防护工程等领域的设计规范中也对气体渗透性指标有着严格规定,UHPC要应用于这些领域必须确定其气体渗透性能。目前,国内还缺少
芳纶纸作为一种高性能纸基材料,广泛应用于轨道交通等电气绝缘领域作为主绝缘材料。轨道交通牵引电机、牵引变压器等电气设备中的芳纶纸长期以来仍严重依赖进口,国内生产的芳纶纸在结构设计上存在较大的缺陷,芳纶纸呈“开放式”微观结构,界面结合度低,表现为电气绝缘性能低且波动大,无法满足轨道交通领域高绝缘、高耐热、低离散等特殊要求。为了克服“开放式”微观结构存在界面结合度低的问题,本论文开展了“密封式”微观结构