冷彎薄壁型鋼構(gòu)件彈性畸變屈曲分析綜述

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1、第七屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會冷彎薄壁型鋼構(gòu)件彈性畸變屈曲分析綜述張偉何?？凳Y路(西安建筑科技太學(xué)西安7i0055)摘要：彈性畸變屈曲星冷彎薄擘型鋼構(gòu)引畸變屈曲研究的重要組成部分。耳前，嗣外已塒彈性畸變屈曲¨題進行了大量的理論分析研究．月取得了許多重要的研究成果。本文主要對軸心受壓，均勻受彎、壓彎及非均勻璺彎情況下的彈性畸變屈曲的土要分析方法及研究成糶進行了!門納總結(jié)，對其中存在的問題進行了簡要分析。關(guān)鍵葡：冷彎博難型鋼，彈性畸變屈曲，分析方法1、前言冷彎薄壁型鍘扳件薄，寬厚比大，容易產(chǎn)生屈曲問題且屈曲模式呈現(xiàn)多樣性。一

2、般而言，薄壁構(gòu)件的屈曲可分為板件的局部屈f}}

3、、畸變屈曲和構(gòu)件的整體屈曲三種屈曲模式?；兦鷷r板件交線小再保持挺直，且產(chǎn)生相對位移，截面形狀和輪廓尺’J發(fā)生改變，如圖l所示。、隨著復(fù)雜截面、高強材料日益廣泛的應(yīng)用，畸變艇隨的研究工作變翻越來越深入。目前，構(gòu)件的畸變屈曲極限承載力計算方法主要包E．旺(a)受壓(b)受彎括有效截面法和直接強度法，但無論那種方弦均與彈性畸變屈曲解答圖1普通卷邊槽鋼的畸變屈曲有者密切的關(guān)系，吲此，研究小同受力條件下的彈性畸變屈曲問題，建立實用的求解療法十分必要。彈性畸變屈}I}1分析可采用傳統(tǒng)

4、的解析法、簡化模型分析法、有限條法(FsM)、有限元法(FEM)等。具體K：用時，考虐到截面形式的玎：同，方法的適用性也有所小同。解析法在單板腔曲問題研究中應(yīng)刪較多，剮f整個截咖的扳州相芙屆曲問題，由于屆}

5、}

6、表達式的復(fù)雜性．口前應(yīng)用較!多。簡化模型分析法將傳統(tǒng)受壓構(gòu)件的整體彎扭屈曲埋論應(yīng)用于截面的畸變屈曲分析，屬于一種半解析的計算方法，但可以大大簡化工作量，而且有助于建立實用的計算公式；對于截面形式或受力狀態(tài)比較復(fù)雜的截面，畸變艇曲分析往往要借助于數(shù)值分析方法，其中以半解析宵限條法、有限元法應(yīng)用最為廣泛。目IH，利川上

7、述分析力法，國外研究者己塒常用截面(卷邊槽鋼、z型鋼)梅件的軸心受壓、均勻嘎彎、對稱平而內(nèi)偏壓、非均勻受彎畸變屈曲進行了廣泛的分析研究，揭示了彈性畸變屈曲的一些規(guī)律，并提出了可俱}算的彈性畸變屈曲計算公式。除此之外，由于在屈曲分析方面具有相對突出的優(yōu)勢-有限條畸變屈曲￡析也獲得了很大發(fā)展，國外己有兩種實用軟件可供使用，這給畸蹙屈曲分析帶來了很大的力便，2、不同受力條件下的彈性畸變屈曲分析2．1軸心受壓和均勻受彎構(gòu)件2．1．1Lau和}{ancock的簡化模型法sharp。1首J、”111．彈I主支菇麓鼉之量翱曩綠贏離津為研

8、究對象f圖2(a)所示)，對博通薔邊槽鈉柱的I

9、Ⅱ；曲問題進行研究。分析時刪移撣性約束以網(wǎng)定鉸支座代替(即假定k。、k，=一)，計算時也朱考慮腹扳難應(yīng)力封轉(zhuǎn)動H4度km的影響。工業(yè)建筑2007增刊第七屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會建—]X(a)(b)圖2邊緣加勁翼緣隔離體模型Lau和Hancock”1對sharp模型進行了改進，對軸心受壓卷邊槽鋼的彈性畸變屆曲進行了分析，模型如圖l(b)所示。簡支邊界條件下，由彎扭屈曲控制微分方程組可得翼緣屈曲荷載P與屈曲半波長^、彈性約束k之間的函數(shù)關(guān)系，如式(1)所示(等日。虬一毋。]2

10、一c箬日，十等k—P){事口A2+甜一c每一‰2+F妒+箸k}=。由于x向彈性約束對彈性屈曲的影響不大．故假定k，=o?？紤]到腹扳壓應(yīng)力對翼緣轉(zhuǎn)動約束的影響，彈性轉(zhuǎn)動剛度k?？梢员硎救缦拢P者赫[-一引(2)驢鼎I-一訾[黲]2](3)其中：b．為腹板高度；D為板的彎曲剛度，等于Et3，h2(1．r2H：五為屈曲半波長；，二為不考慮腹板約束(k，=0、k。=0)、半波長為^時卷邊翼緣的屈曲應(yīng)力，可由公式(1)求解；o．為卷邊槽鋼腹板的屈曲應(yīng)力(四邊簡支板)，假定卷邊翼緣和腹板的屆曲半波相等；等式右端第一項分母中的0．06^

11、是為了考慮剪切效應(yīng)和翼緣畸變的影響而引入的修正項。最終的彈性畸變屈曲應(yīng)力厶可以表示為式(4)的形式，內(nèi)部各參數(shù)具體見參考文獻[2]?？梢钥闯觯捎谀岬拇嬖?，計算時需要一次迭代。厶=去k+％j瓜忑翮】(4)對于屈曲荷載的最低值及其對應(yīng)的屈曲半波長^。。考慮到側(cè)移剛度k=o和k=一兩種情況下畸變屈曲的臨界半波長相差不大，故可用kl=一時的模型計算x。臨界屈曲半波長可以表示為式(5)的形式以=石[日。6。，(2D)r”(5)目前，上述簡化模型計算方法已被澳洲規(guī)范采用，用于普通卷邊槽鋼彈性畸變屈曲承載力的計算，具體見As／Nzs4

12、600?AppendixDl和D2。工業(yè)建筑2007增刊1393第七屆全國現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會對于受彎構(gòu)件，Hancock““”采用了與軸壓柱相類似的分析方法。。由于下翼緣受拉，可以近似將腹板受拉一側(cè)的縱邊按嵌固邊處理。如圖3所示，只受彎矩作用時，粱端轉(zhuǎn)動剛度是兩邊簡支情況下的2倍，故可取k。=4D／