本書圍繞近年來有關(guān)冷彎薄壁卷邊槽鋼畸變屈曲計算研究發(fā)展?fàn)顩r,結(jié)合作者的有關(guān)研究成果,對冷彎薄壁卷邊槽鋼畸變屈曲計算問題進(jìn)行詳細(xì)分析。本書針對冷彎薄壁斜卷邊槽鋼建立的多種計算模型,推導(dǎo)出的公式無需迭代計算,適于手算或簡單編程計算。擺脫了對彈性畸變屈曲專用軟件的依賴,促進(jìn)直接強(qiáng)度法的實用化進(jìn)程。
對于高強(qiáng)度的開口冷彎薄壁型鋼而言,畸變屈曲是一種重要的屈曲模式。在一定條件下,畸變屈曲可能成為居地位的屈曲模式,并對構(gòu)件的極限承載力起到?jīng)Q定性的作用來,隨著鋼材的強(qiáng)度逐步提高,冷彎薄壁型鋼的板厚向方向發(fā)展,構(gòu)件的截面形式日趨復(fù)雜化,畸變屈曲正越來越受到人們的重視。
國內(nèi)外對于鋼結(jié)構(gòu)的整體屈曲與局部屈曲的研究比較成熟。與整體屈曲、局部屈曲相比,畸變屈曲被世人認(rèn)識的時間相對較短,各國學(xué)者對畸變屈曲的研究也有待深入。我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(GB 50018-02)還沒有針對畸變屈曲的相應(yīng)的計算規(guī)定。目前針對畸變屈曲的成熟計算方法尚不多見,直接強(qiáng)度法是一種新的設(shè)計方法,直接強(qiáng)度法的一個特點是可用于畸變屈曲計算,目前已被北美和澳洲地區(qū)所采納。該設(shè)計方法首先需要求出構(gòu)件的彈性畸變屈曲值,然后將其值代入直接強(qiáng)度法中的設(shè)計公行設(shè)計計算,從而得出畸變屈曲設(shè)計值。作為一種發(fā)展中的計算方法,直接強(qiáng)度法值一步研究。
彈性畸變屈曲的計算是直接強(qiáng)度法的關(guān)鍵,亦是本書研究的重要內(nèi)容。直接強(qiáng)度法可采用相關(guān)計算程序,如 CUFSM有限條等軟件計算彈性畸變屈曲。有關(guān)學(xué)者也提出了近似模型計算法計算彈性畸變屈曲,并被有關(guān)國外規(guī)范采納。近似模型計算法的不方便之處是計算較復(fù)雜,往往需迭代計算。
廣義梁理論已被提出二十余年,理論上,廣義梁理論可用于求解彈性畸變屈曲問題,但計算上的復(fù)雜性阻礙了“廣義梁理論”在彈性畸變屈曲計算方面的應(yīng)用。
冷彎薄壁卷邊槽鋼在實際工程中應(yīng)用廣泛,本書基于廣義梁理論和相關(guān)資料,對冷彎薄壁斜卷邊槽鋼彈性畸變屈行研究。主要研究內(nèi)容如下:
(1)針對冷彎薄壁斜卷邊槽鋼軸壓柱,推導(dǎo)出彈性畸變屈曲計算公式。除不考慮翼緣彎曲變形的剛體位移計算模型外,本書提出了兩種考慮翼緣彎曲變形的新計算模型:橫向彎曲鉸支計算模型、橫向彎曲固支計算模型。翼緣和卷邊的交點在計算中被視為鉸支座或者固定支座,是橫向彎曲鉸支計算模型和橫向彎曲固支計算模型的區(qū)別所在。在橫向彎曲鉸支計算模型計算中,翼緣和卷邊的交點被視為鉸支座;在橫向彎曲固支計算模型計算中,翼緣和卷邊的交點被視為固定支座。并分別推導(dǎo)了三種計算模型下的彈性畸變屈曲計算公式。
與現(xiàn)有資料、其他方行計算對比,結(jié)果表明剛體位移計算模型、橫向彎鉸支計算模型和橫向彎曲固支計算模型下的公式均具有較高的工程精度。從角度考慮,建議彈性畸變屈曲計算值采用橫向彎曲鉸支計算模型公式值、剛體位移計算模型公式值二者間的小值。
2)針對冷彎薄壁斜卷邊槽鋼繞弱軸純彎梁,推導(dǎo)出彈性畸變屈曲計算公式。類似于軸壓柱,除剛體位移計算模型以外,本書提出了繞弱軸純彎梁彈性畸變屈曲的兩種新計算模型;橫向彎曲鉸支計算模型和橫向彎曲固支計算模型。并分別推導(dǎo)了三種計算模型的彈性畸變屈曲計算公式。
計算對比表明,剛體位移計算模型的公式計算值偏大,橫向彎曲鉸支計算模型和橫向彎曲固支計算模型的公式計算值比較,建議采用橫向彎曲鉸支計算模型的公式計算值。
針對繞弱軸冷彎薄壁斜卷邊槽鋼壓彎構(gòu)件,推導(dǎo)出彈性畸變屈曲壓彎構(gòu)件計算公式。該計算公式中的彈性畸變屈曲軸壓臨界應(yīng)力和純彎臨界應(yīng)力可由前述相關(guān)公式計算得到。計算分析表明,彈性畸變屈曲壓彎構(gòu)件計算公式具有良好的計算精度。
為與國相符合,本書特意選取《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(GB 50018-02)所附錄的冷彎薄壁卷邊槽行計算,研究結(jié)果表明,本書的彈性畸變屈曲軸壓、純彎、壓彎計算公式均能很好地適用于上述槽鋼。
此外,本書在第5章還對冷彎薄壁卷邊槽鋼彈性畸變的擬合計算方法和
GBTUL程序計算方法作了簡單介紹,以便讀者對相關(guān)計算方法有較全面的認(rèn)識。
本書公式無須迭代計算,適于手算或簡單編程計算,擺脫了對彈性畸變屈曲專用軟件的依賴,直接強(qiáng)度法實用程。本書的計算思路可為后續(xù)研究提供借鑒,也可供工程設(shè)計人員和冷彎薄壁型鋼設(shè)計規(guī)范修訂做參考。
本書承蒙武漢大學(xué)郭耀杰教授、湖南工程學(xué)院彭利英教授審閱并提出寶貴意見,在此表示誠摯的感謝。在本書撰寫過程中,作者的學(xué)生李濤、楊俊林、駱航、賈路鑫、唐振輝、劉祖毅、劉登為、楊淼、陳佳輝、劉丁發(fā)等對書稿中涉及的相關(guān)構(gòu)行了穩(wěn)定計算分析及有關(guān)驗算核對等工作。作者的家人楊琴原與羅佳豪對書稿的整理也提供了許多幫助。在此一并致以謝意!
由于作者驗和水平有限,書中不妥和疏漏之處在所難免,敬請讀者批評指正。
羅洪光,男,1974年生,博士,湖南工程學(xué)院副要從事鋼結(jié)構(gòu)教學(xué)與研究工作。以作者身份在Journal ofConstructionalSteel Research 和《工程力學(xué)》等國內(nèi)外專業(yè)刊物發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇,主編本科專業(yè)教材1部,參編專業(yè)教材1部,獨(dú)著專業(yè)學(xué)術(shù)著作2部。主持省級科研課題項目3項,校級科研課題項目3項,參與省級科研課題項目5項。獲得湖南工程學(xué)院教學(xué)質(zhì)量優(yōu)秀獎,并多次在省級、校級教學(xué)競賽中獲獎。指導(dǎo)的學(xué)生在專業(yè)競賽中獲得項。
第1章冷彎薄壁卷邊槽鋼的相關(guān)概述
1.1冷彎薄壁型鋼的特點
1.1.1應(yīng)用廣泛
1.1.2品種規(guī)格多
1.1.3的力學(xué)性能
1.1.4顯著的濟(jì)效益
1.2冷彎薄壁型鋼的屈曲
1.2.1三種基本的屈曲模式
1.2.2冷彎薄壁型鋼屈曲的設(shè)計方法
1.2.3彈性畸變屈曲的計算方法
1.3國內(nèi)外畸變屈曲的研究狀況
1.3.1畸變屈曲的國外研究狀況
1.3.2畸變屈曲的國內(nèi)研究狀況
1.4本書的主要研究內(nèi)容...
第2章冷彎薄壁斜卷邊槽鋼軸壓柱彈性畸變屈曲計算2.1彈性畸變屈曲臨界應(yīng)力計算公式
2.2剛體位移計算模型
2.2.1畸變屈曲縱向翹曲位移計算
2.2.2畸變屈曲平面內(nèi)位移計算
2.2.3相關(guān)參數(shù)計算
2.3剛體位移計算模型的局限性
2.4橫向彎曲鉸支計算模型
2.4.1畸變屈曲縱向翹曲位移計算
2.4.2畸變屈曲平面內(nèi)位移計算
2.4.3相關(guān)參數(shù)計算
2.5橫向彎曲固支計算模型
2.5.1畸變屈曲縱向翹曲位移計算
2.5.2畸變屈曲平面內(nèi)位移計算
2.5.3相關(guān)參數(shù)計算
2.6討論與分析
2.6.1本書計算模型與近似模型計算法的對比分析
2.6.2本書計算模型與有限條法的對比分析
2.6.3本書計算模型的相關(guān)對比分析
2.針對我國現(xiàn)行薄鋼規(guī)范所附錄的冷彎薄壁卷邊槽鋼的計算...53
2.6.5剛體位移計算模型與橫向彎曲鉸支計算模型的聯(lián)合計算......58
2.7本章小結(jié)。
第3章冷彎薄壁斜卷邊槽鋼對稱平面內(nèi)純彎曲彈性畸變屈曲計算.....
3.1剛體位移計算模型
3.1.1畸變屈曲縱向翹曲位移計算
3.1.2畸變屈曲平面內(nèi)位移計算
3.1.3相關(guān)參數(shù)計算
3.2橫向彎曲鉸支計算模型
3.2.1畸變屈曲縱向翹曲位移計算
……
5.2冷彎薄壁卷邊槽鋼純彎梁彈性畸變屈曲擬合計算5.2.1計算公式擬合
5.2.2算例
5.3冷彎薄壁卷邊槽鋼柱彈性畸變屈曲GBTUL 計算5.3.1程序計算
5.3.2計算比較
5.4本章小結(jié)
第6章結(jié)論與展望參考文獻(xiàn)
后記