带翼缘十字形截面轴心受压构件的扭转失稳研究

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带翼缘十字形截面柱在实际工程应用得越来越广泛。相对于一般类型截面的构件,带翼缘十字形截面构件具有各向等稳定、抗扭刚度高、对称美观以及施工便利等优势。当轴心受压时,该类构件有可能发生扭转失稳。目前对于带翼缘十字形截面轴心受压构件失稳问题的研究还比较少,且各国规范对扭转失稳极限承载力的计算也没有明确的规定。  本文通过理论和数值的方法对带翼缘十字形截面轴心受压构件的扭转失稳进行了较为全面的研究,主要的研究内容可概括如下:  首先,对带翼缘十字形截面构件进行了轴心受压试验,在对试验结果进行分析的基础上,对该类构件的一般失稳破坏模式和起控制作用的初始缺陷做了定性的判断。  然后,对带翼缘十字形截面轴心受压构件的扭转失稳进行了理论分析,在弹性范围内推导了该类构件失稳模式的判别条件,推导了考虑初始扭转缺陷、初始扭转缺陷和残余应力的弹性扭转位移函数,对弹性扭转位移函数进行了全面的研究,并在此基础上推导出了边缘屈服准则下的稳定系数公式。  随后,本文利用有限元方法对带翼缘十字形截面轴心受压构件的扭转失稳进行了数值模拟。在与试验结果和本文理论解进行验证的基础上对构件的受力全过程进行了分析,考察了初始扭转角和残余应力对构件的位移和扭转失稳极限承载力的影响。  最后,在带翼缘十字形截面轴心受压构件扭转失稳极限承载力的大规模数值计算的基础上,论证了我国规范按照弯曲失稳设计该类构件的不合理性,并研究了该类的扭转极限承载力和扭转边缘屈服荷载的关系,对扭转边缘屈服稳定系数对扭转极限承载力的拟合效果进行了评价。研究结果结果显示,本文推导出的扭转边缘屈服稳定系数公式能够有效拟合扭转失稳极限承载力的有限元计算结果,因此该公式可以作为该类构件扭转失稳柱子曲线的骨架公式。
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