SIGMA冷弯薄壁型钢构件畸变屈曲的理论研究

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计算冷弯薄壁构件极限承载力需要通过有效的手段得到对应屈曲模式的弹性临界屈曲应力。对于畸变屈曲的弹性临界屈曲应力,最常用的办法就是通过简化的计算模型和有限元条分法。但是现有的简化模型都是基于C或者Z截面受纯弯曲或受纯压或二者共同作用下的情况。另外在覆板-檩条体系下,覆板对冷弯薄壁檩条会有一定的约束作用,对屈曲有很大影响。而冷弯薄壁Sigma截面主要受畸变屈曲控制。因此,Sigma截面在均布荷载及覆板-檩条体系作用下的畸变屈曲研究对于工程设计具有重要意义。  本文首先用半解析的有限元条分法分别研究了Sigma截面梁在均布荷载作用下及Sigma截面檩条在覆板-檩条体系下的屈曲特性。发现Sigma截面由于腹板加劲肋的存在,其屈曲模式一般为畸变屈曲,并且在均布荷载作用下的弹性临界畸变屈曲应力明显的高于在纯弯作用下的弹性临界畸变屈曲应力。这也说明了,由均布荷载产生的沿跨长的弯矩梯度变化对畸变屈曲的弹性临界荷载具有较大的影响。另外在覆板-檩条体系作用下,覆板的两个简化刚度-侧向约束弹簧和扭转约束弹簧,对Sigma截面的弹性临界屈曲应力有很大影响。对于畸变屈曲,简化的侧向约束弹簧和扭转约束弹簧对弹性屈曲应力都有影响,但扭转约束弹簧起控制作用,并且在均布荷载作用下对应的临界屈曲应力有很大提高。  由于大多数设计人员都很难接触到有限元条分法,为了工程设计的需要,本文在欧洲规范处理畸变屈曲思想的基础上分别建立了Sigma截面在均布荷载作用下及覆板-檩条体系作用下的畸变屈曲简化模型。这两个模型得到的截面弹性临界畸变屈曲应力结果分别和前面的半解析有限元条分法的结果进行了对比。由于两个简化模型都应用到弹性梁理论时,把端部加劲肋看成是一个整体的梁,没有考虑翼缘与卷边单元间相互的影响,对于特别大的截面会存在较大的误差。但是,对于通常的截面均布荷载作用下的畸变屈曲模型,给出了与条分法基本上一致的结果;另外受均布荷载作用下Sigma截面其在覆板-檩条体系下的畸变屈曲简化模型,通过算例分析可以看出,对于普通的截面和通常的覆板约束刚度下,其结果和半解析有限元条分法的结果误差可控制在可以接受的范围内。说明了所建立的这两个简化模型是有效的。
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