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近年来,随着我国经济的迅猛发展,建筑行业中新材料和新技术的应用取得了前所未有的进步。不锈钢作为建筑结构材料,具有造型美观、力学性能稳定、耐腐蚀性好、易于维护和全生命周期成本低等优点,采用不锈钢作为建筑结构材料成为近年来土木工程的新趋势。目前,我国对不锈钢材料力学性能和结构构件的性能研究尚不全面,首版《不锈钢结构技术规范》仍有需要完善的空间。基于上述背景,本文对不锈钢卷边C形截面柱开展了试验研究与数值模拟分析,揭示了不锈钢柱发生畸变屈曲的受力性能和破坏机理,并给出了不锈钢卷边C形截面柱畸变屈曲承载力的直接强度计算公式。 在对已有的弹性畸变屈曲分析方法和畸变屈曲承载力计算方法的较为全面综述和归纳总结的基础上,针对国产奥氏体S30804不锈钢材料,本文分别开展了14个不锈钢试件材料力学性能试验、7根轴心受压和19根偏心受压不锈钢卷边C形截面柱承载力试验。材料力学性能试验结果表明:修正的两阶段Ramberg-Osgood材料模型能够很好地模拟不锈钢材料的非线性应力-应变关系,但模型中硬化系数的表达式尚需根据试验结果进行修正;冷加工效应对不锈钢材料强度有明显的提高作用。通过不锈钢卷边C形截面柱承载力试验,获得了轴心受压和偏心受压各试件的破坏现象、荷载-位移曲线、荷载-转角曲线、应变变化曲线和极限承载力。承载力试验结果表明:偏心距对不锈钢卷边C形截面柱受力性能的影响较为明显;轴心受压和正向偏心受压试件主要发生畸变屈曲破坏;负向偏心受压试件主要发生局部屈曲破坏。 采用有限元软件ANSYS,对不锈钢卷边C形截面试件的试验受力过程进行了模拟分析,并将分析结果与试验结果进行对比,两者吻合较好,从而验证了有限元模型的准确性。在此基础上,通过有限元方法对影响不锈钢卷边C形截面柱畸变屈曲性能的关键因素进行了参数化分析。分析结果表明:不锈钢材料的屈服强度、硬化系数、转角区材料强度提高、初始几何缺陷和构件长度均对不锈钢柱畸变屈曲性能均有一定程度的影响;其中初始几何缺陷(幅值、分布方向和分布模式)对不锈钢柱畸变屈曲性能的影响较大。 最后,本文先利用已有的畸变屈曲承载力计算方法(有效宽度法和直接强度法)对试验试件的承载力进行计算,并与试验结果进行了对比分析。分析结果表明:已有方法的计算结果均不同程度地高于试验结果,偏于不安全;直接强度法在计算简易度和准确度两方面均优于有效宽度法,因此更适用于畸变屈曲承载力计算。在此基础上,通过有限条和有限元分析,完成了129个轴心受压构件和128个受弯构件的算例,拟合出了不锈钢卷边C形截面柱畸变屈曲承载力的直接强度法计算公式。采用拟合公式对本文试验试件的畸变屈曲承载力进行了预测,并与试验结果对比,结果表明:本文拟合公式能较好地预测轴心受压和偏心受压不锈钢卷边C形截面柱的畸变屈曲承载力。