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冷弯薄壁构件屈曲模态力学准则的有限元验证

建筑结构 2012年第10期42卷 65-70页

作者：张登祥李占杰 B W Schafer 长沙理工大学水利工程学院长沙410076 美国约翰霍普金斯大学土木工程系巴尔的摩21218

现有冷弯薄壁型钢设计规范中需要获知薄壁结构各个模态屈曲特性,如局部板件屈曲、畸变屈曲和整体屈曲。从工程设计需要出发,系统介绍约束有限元条分法的基础理论及进展,并着重阐述其在区分屈曲模态时的相关力学假设。对于由这些力学假... 详细信息

现有冷弯薄壁型钢设计规范中需要获知薄壁结构各个模态屈曲特性,如局部板件屈曲、畸变屈曲和整体屈曲。从工程设计需要出发,系统介绍约束有限元条分法的基础理论及进展,并着重阐述其在区分屈曲模态时的相关力学假设。对于由这些力学假设定义的模态是否正确,基于有限元静力分析从一个全新的角度验证其合理性。

关键词：冷弯薄壁构件约束有限元条分法屈曲分析有限元方法

冷弯薄壁构件腹板局部受压承载力分析及设计建议

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建筑结构 2015年第5期45卷 86-90页

作者：钟炜辉孟宝郝际平周文斌西安建筑科技大学土木工程学院西安710055

由于冷弯薄壁构件截面厚度较薄,当无横向加劲肋时,构件可能会在集中荷载作用处发生腹板压跛现象,我国现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018—2002)仅对压型钢板给出了验算公式,但对常用的C形、Z形截面构件并未进行具体规定。综合... 详细信息

由于冷弯薄壁构件截面厚度较薄,当无横向加劲肋时,构件可能会在集中荷载作用处发生腹板压跛现象,我国现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018—2002)仅对压型钢板给出了验算公式,但对常用的C形、Z形截面构件并未进行具体规定。综合分析国外相关标准的规定,并考虑我国结构设计的实际情况,给出了统一的冷弯薄壁构件腹板局部受压承载力的计算公式。由试验数据、数值分析和设计算例的对比可以看出,该公式适用于压型钢板及C形、Z形截面的冷弯薄壁构件,为现行规范GB 50018—2002的修订提供依据。

关键词：冷弯薄壁构件腹板压跛局部受压承载力计算公式数值分析

冷成型先进高强钢构件屈曲承载力与截面形状优化研究

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冷成型先进高强钢构件屈曲承载力与截面形状优化研究

作者：邓天阳东南大学

学位级别：硕士

先进高强钢材料(AHSS)是近年我国钢材领域最为活跃的研究课题之一,以Q&P1180为代表的第三代AHSS在汽车工业内具有广泛应用。然而受限于研究进展,材料性能突出的AHSS材料在工程结构领域并未受到重视。本文将目前同样蓬勃发展的冷成型钢... 详细信息

先进高强钢材料(AHSS)是近年我国钢材领域最为活跃的研究课题之一,以Q&P1180为代表的第三代AHSS在汽车工业内具有广泛应用。然而受限于研究进展,材料性能突出的AHSS材料在工程结构领域并未受到重视。本文将目前同样蓬勃发展的冷成型钢结构与AHSS材料结合,探索AHSS构件在工程结构领域的应用,弥补相关研究的空白,为AHSS的工程结构应用推广提供理论基础与技术支撑。本文首先进行了传统截面的AHSS构件承载力精细化评估,通过立柱试验、有限元模拟、以及国内外规范理论计算,从三个维度综合评估AHSS构件的承载性能与屈曲行为。其次,将汽车工业内用以优化构件的“3G”指标(强度、厚度、几何形状)推广至适用于冷成型钢构件的材料强度、截面厚度、构件长度以及截面形状,从这四个优化路径分别对大批量的AHSS构件进行参数化分析,同步进行Q355B钢的对比分析,归纳AHSS构件的承载特性。最后,基于上述对AHSS构件的研究,借助CUFSM计算平台,采用粒子群算法PSO搭建适用于AHSS构件的截面寻优模型,筛选适合AHSS材料的截面形状。通过上述研究,得到主要结论如下:(1)AHSS材料应用于工程结构具有足够的承载力提升潜力,在构件尺寸合理的情况下,构件P-M承载空间的增长倍数可以与材料强度正相关。(2)AHSS构件与Q355B钢构件相比具有更复杂的屈曲行为。在屈曲前状态向屈曲后状态的过渡中,AHSS构件的模态耦合更为复杂,对于600mm长度的立柱构件,在加载的过程与后续c FEM的分析中均表现出了明显的“畸变-局部”相关屈曲。相较于Q355B钢构件,AHSS构件的屈曲耦合在加载过程中更早发生。(3)采用等能量法对试验构件的实测以及精细有限元模型的荷载位移曲线进行双线性本构的拟合,计算出各构件的后屈曲强度占比,与Q355B钢构件的有限元分析结果对比,认为AHSS构件具有约10%的后屈曲强度比例,该比例与Q355B相比提升1.3～1.8倍。(4)在以AHSS构件为计算对象时,主流理论均存在一定的偏差。其中考虑畸变屈曲的直接强度法(DSM)与有效面积法(EAM)精度较高,标准化承载力偏移约为10%;更为传统的有效宽度法(EWM)由于畸变计算的缺失,承载力偏移最多可至40%。对比可知,DSM法计算AHSS构件的精度相对较高,但仍有提升空间。(5)考虑到AHSS构件在屈曲行为中的复杂模态耦合状态,在参数化分析中以构件长度(屈曲主模态)为变量,通过c FEM计算模态占比,选择构件在极限状态下占比超过60%的主模态,定义为“最适模态”。由本文前置研究已知,经典DSM理论中的“取最小值”方法会对AHSS构件的承载力计算带来一定的误差,而根据主模态定义的“最适模态”进行DSM计算可以有效提升计算精度。(6)基于本文的自由截面寻优模型,对试验的3组试件进行了等截面面积的形状优化,同时结合既有文献中的传统C型钢构件进行承载力提升对比。采用AHSS的构件,本文优化所得的截面形状较传统C形截面可提升最多2.57倍的轴压承载力,其形状与Ω柱相似,暂定义为类Ω截面。

关键词：先进高强钢冷弯薄壁构件直接强度法自由截面优化

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冷弯薄壁型钢畸变屈曲的研究进展

科技通报 2006年第1期22卷 95-100页

作者：张兆宇姚谏浙江大学土木工程学系杭州310027

新材料和先进加工技术的进步使得钢材的屈服强度不断提高,为了取得更好的经济效益,冷弯钢材的厚度变得越来越薄。作为控制冷弯薄壁型钢承载能力的几种屈曲模式之一,畸变屈曲正逐步受到重视。本文总结了国内外对畸变屈曲研究的主要成果,... 详细信息

新材料和先进加工技术的进步使得钢材的屈服强度不断提高,为了取得更好的经济效益,冷弯钢材的厚度变得越来越薄。作为控制冷弯薄壁型钢承载能力的几种屈曲模式之一,畸变屈曲正逐步受到重视。本文总结了国内外对畸变屈曲研究的主要成果,并对几种常见荷载下的畸变屈曲计算进行了归纳。

关键词：冷弯薄壁构件畸变屈曲有限元有限条广义梁理论