开口薄壁柱弯扭屈曲时的Wagner效应问题研究

针对弯扭屈曲这种空间失稳形式,基于囊括“平面弯曲理论”和“约束扭转理论”的“泛义弯曲理论”,揭示出薄壁构件弯扭屈曲时的三维空间变形可简化为绕转动中心轴转动的本质;并从双力矩的概念出发,澄清了Wagner效应及系数的概念,即Wagner效应实质上是构件变形时横截面上的正应力所产生的附加双力矩效应,相应地,Wagner系数就是单位变形时横截面上产生的双力矩;提出利用图乘法计算Wagner系数的新思路;按照新方法对开口三板型截面薄壁柱进行计算,从计算结果中揭示出Wagner效应的诸多力学特性及工程应用价值.

冷弯薄壁型钢檩条两种稳定计算模式的比较

讨论国家规范GB50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》"和欧盟规范EC3-1-3对冷弯薄壁型钢檩条承载能力的两种计算模式的差异:拉条和屋面板对檩条抗扭约束刚度及其整体稳定的重要影响,进行檩条畸变屈曲和翘曲应力的计算,评估工程实践中可滑动的卷边咬合式屋面板对檩条的抗扭约束刚度以及拉条的构造等对檩条的工况作用问题。对工程实践具有重要参考价值。

H形截面压弯杆弯扭屈曲承载力

对H形截面压弯杆弯扭屈曲承载力验算公式进行了理论研究,主要工作为:1对我国、欧洲和美国的钢结构设计规范中H形截面压弯杆平面外稳定验算公式进行了比较,指出了改进的可能性;2对有初始弯曲和扭转压弯杆的弹性弯扭变形进行了二阶分析,在引入初始弯曲和初始扭转的特定关系后,得到了二阶效应放大后的弯曲、扭转、弯矩和双力矩的简单的解析表达式;3对H形截面绕强轴和绕弱轴的单向压弯塑性铰状态的强度公式分别进行了单一表达式拟合;对给定压力时双向弯矩作用下的塑性铰状态的双向弯矩相关关系进行了计算,提出了精度良好、略偏安全的公式;将提出的公式进行改造,使之能够考虑双力矩的影响;4参照压弯杆平面内稳定验算公式的推导方法,利用已知的绕弱轴弯曲屈曲的柱子稳定系数公式,反推获得了压杆绕弱轴弯曲屈曲的等效初始弯曲,该等效初始弯曲综合考虑了残余应力、初始弯曲和塑性开展过程带来的额外挠度增量;5引入该等效初始弯曲。采用平面内二阶分析获得的二阶弯矩,平面外二阶弯矩和二阶双力矩等,代入双向压弯强度计算式,得到压弯杆弯扭屈曲承载力的上限解。为了获得更为接近实际的承载力相关关系,对弹性分析得到的平面内二阶弯矩和平面外二阶弯矩以及双力矩进行弹塑性放大,得到了H形截面压弯杆的弯扭屈曲计算公式,画出了一系列曲线,在长细比小时,曲线接近强度相关曲线,长细比大时,曲线接近弹性屈曲相关公式。结果表明:现行GB 50017—2017《钢结构设计标准》中的平面外稳定计算公式是偏于安全的。同时借用强度相关关系和屈曲相关关系的插值,给出了比较复杂的拟合公式。

箱形截面压弯杆弯扭屈曲承载力

对箱形截面压弯杆弯扭屈曲承载力验算公式进行了理论研究,主要工作如下:1)对我国、欧洲和美国的钢结构设计规范中H形截面压弯杆平面外稳定验算公式进行了比较,指出了改进的可能性;2)对有初始弯曲和扭转压弯杆的弹性弯扭变形进行了二阶分析,在引入初始弯曲和初始扭转的特定关系后,得到了二阶效应放大后的弯曲、扭转、弯矩和双力矩的简单的解析表达式;3)对箱形截面绕强轴和绕弱轴的单向压弯塑性铰状态的强度公式分别进行了单一表达式拟合,对给定压力时双向弯矩作用下的塑性铰状态的双向弯矩相关关系进行了计算,提出了精度良好略偏安全的公式,并将提出的公式进行改造,使之能够考虑双力矩的影响;4)参照压弯杆平面内稳定验算公式的推导方法,利用已知的绕弱轴弯曲屈曲的柱子稳定系数公式,反推获得了压杆绕弱轴弯曲屈曲的等效初始弯曲,该等效初始弯曲综合考虑了残余应力、初始弯曲和塑性开展过程带来的额外挠度增量;5)引入该等效初始弯曲,采用平面内二阶分析获得的二阶弯矩、平面外二阶弯矩和二阶双力矩等,代入双向压弯强度计算式,得到压弯杆弯扭屈曲承载力的上限解。为了获得更为接近实际的承载力相关关系,对弹性分析得到的平面内二阶弯矩和平面外二阶弯矩以及双力矩进行弹塑性放大,得到了箱形截面压弯杆的弯扭屈曲计算公式,画出了一系列曲线,提出了拟合公式。可知:在长细比较小时,曲线接近强度相关曲线、随长细比增大,曲线接近弹性屈曲相关公式;继续增大长细比,则曲线超越弹性屈曲相关公式。对比研究表明,现行GB 50017—2017《钢结构设计标准》中的平面内和平面外稳定计算公式共同控制着杆件的承载力,在现行平面外稳定公式看似偏不安全的地方,由平面内稳定公式保证杆件安全。

钢梁稳定分析的单肢解析化方法

钢梁整体稳定分析理论几十年来的发展趋势是板的非线性理论的全面引入,而发展的最初动力则是解决横向荷载Wagner效应的计算问题.根据薄壁杆翘曲和弯曲分析统一性观点,提出单肢解析化的薄壁杆件弯扭屈曲分析方法.该方法立足于简单的杆的稳定理论而无需引入复杂的板的非线性理论,但解决了Timoshenko和Bleich最初的弯扭屈曲理论应用于梁时横向荷载Wagner效应的缺失问题.对于各种典型的梁弯扭屈曲问题,特别是其中目前尚存在广泛争议的单轴对称截面梁弯扭屈曲临界力问题,该方法均取得了良好的对比分析结论.

一字形钢管混凝土束墙的平面外稳定

钢管混凝土束墙是我国发明的一种新型抗侧力构件,它从矩形钢管开始,向一个方向焊接一个个冷弯宽翼缘卷边U形钢,形成一字形多腔钢管墙,并在现场浇筑混凝土,形成多腔钢管-混凝土组合墙。目前一字形钢管混凝土束墙的弯扭失稳公式直接引用了箱形柱的相应公式,尚缺乏深入的研究。为此对一字形钢管混凝土束墙截面压弯墙绕弱轴的弯扭屈曲承载力验算公式进行了理论研究,主要工作如下:(1)对一字形钢管混凝土束墙绕强轴和绕弱轴两个方向的单向压弯强度公式进行了推导,研究了束墙退化成夹层板时绕强轴和绕弱轴的轴力-弯矩相关公式,对钢管混凝土束墙的单向压弯强度公式进行了拟合;(2)对给定压力时双向弯矩作用下的塑性铰状态的双向弯矩相关关系进行了计算,提出了精度良好略偏安全的公式;将提出的公式进行改造,使之能够考虑双力矩的影响;(3)参照压弯杆平面内稳定验算公式的推导方法,利用已知的绕弱轴弯曲屈曲的柱子稳定系数公式,将初始弯曲和二阶弯矩代入绕弱轴的强度相关关系,反推获得了压杆绕弱轴弯曲屈曲的等效初始弯曲,该等效初始弯曲综合考虑了残余应力、初始弯曲和塑性开展过程带来的额外挠度增量;(4)对有初始弯曲和扭转压弯杆的弹性弯扭变形进行了二阶分析,在引入初始弯曲和初始扭转的特定关系后,得到了二阶效应放大后的弯曲、扭转、弯矩和双力矩的简单的解析表达式;(5)考察了钢管混凝土束墙纯弯时的弯扭屈曲承载力,发现即使弯曲失稳的长细比达到1.6,弯扭屈曲的长细比仍小于0.5,因此束墙的纯弯承载力可以达到塑性弯矩;(6)引入等效初始弯曲,采用平面内二阶分析获得的二阶弯矩,平面外二阶弯矩和二阶双力矩等,代入双向压弯强度计算式,得到压弯杆弯扭屈曲承载力的上限解。为了获得更为接近实际的承载力相关关系,对弹性分析得到的平面内二阶弯矩和平面外二阶弯矩以及双力矩进行弹塑性放大,得到了钢管混凝土束墙压弯时的弯扭屈曲计算公式,由此得出的一系列曲线表明:在长细比小时,曲线接近强度相关曲线,长细比增大时,相关曲线更高;当弯曲屈曲长细比不切实际地增大时(但弯扭屈曲长细比为2.5),曲线才接近弹性屈曲相关曲线。依据得到的公式,文中提出了简化程度不同的三组公式,可根据简单性偏好分别采用。