十形闭口截面轴压钢柱稳定性分析.pdfVIP

浙江建筑，第32卷 ，第9期 ，2015年9月 ZhejiangConstruction，Vo1．32，No．9，Sep．2015 十形闭口截面轴压钢柱稳定性分析 AnalysisontheStabilityoftheSteelColumnwithCross-Shape CIosedSectioninAxialPressure 赵滇生，钱相相 ZHAODiansheng，QIANXiangxiang (浙江工业大学建筑工程学院，浙江 杭州 310014) 摘 要 ：根据乌曼斯基薄壁杆件理论推导出十形 闭口截面钢柱压弯状态下 的临界屈 曲方程，利用 ANSYS有限元软件分析其 在轴压下的曲荷载特征值，并研究材料非线性、几何非线性和残余应力单独以及共 同对该类截面钢柱整体稳定性的影响。最后得 到十形闭口截面钢柱的稳定系数，确定其失稳截面类型。 关键词 ：十形闭 口截面；稳定性 ；非线性 ；ANSYS 中图分类号 ：TU378．3 文献标志码 ：A 文章编号 ：1008—3707(2015)09—0016—03 多高层钢结构柱多为 H形与箱形 ，而L形 、T形 与十形等异形闭口截面钢柱 ，具有节约建筑空间、提 高建筑整体美观 以及改善结构受力性能等优点 ， 在钢结构住宅中具有 良好的应用前景。 目前对于异 形闭口截面钢柱 的研究成果十分缺少 ，本文就十形 闭 口截面钢柱展开研究。理论推导钢柱在轴压下的 屈曲荷载 ，并用软件分析结果进行验证 ，再着重 研究材料非线性 、初弯曲、残余应力等因素对该类钢 柱整体稳定性的影响，并确定其失稳截面类别 ，从而 为实际工程 中设计该类截面钢柱提供一定参考。 1 十形 闭口截面钢柱屈 曲荷载的理论推导 图 1 十形 闭口截面钢柱弯扭变形 1．1 十形钢柱偏压下弯扭屈曲方程推导 根据上述假定 ，可得到十形 闭口截面柱弯扭屈 根据乌曼斯基约束扭转理论 ，分析 闭口截面杆 曲的近似微分方程 件弯扭失稳作如下假定 ： E1，yM +P ”+( +Py。) ：0 (1) (1)剪应变 Y 可以忽略不计 ，s为截面沿厚度 E I∞ +P∞ 一M P‘ = 0 2 方 向。 (2)刚周边假定 ，即杆件扭转变形时，各截面上 El，6””+(P0 一2卢 ) ”+ 的翘曲变形程度不同，但在其横 向面的投影形状不 ( +JP。)”一 ”+ (Bop =0 (3) 变，见图 1。 收稿 日期 ：2015—04—23 作者简介：赵滇生(1957一)，男 ，浙江义乌人 ，副教授 ，研究方向为钢结构 、空间结构。 第9期 赵滇生等：十形闭口截面轴压钢柱稳定性分析 17 式中：u一 截面变形后的 方向位移； 2 十形 闭口截面钢柱整体弹塑性稳定性分析 一 截面变形后 的Y方向位移 ； 一 截面扭转角； 实际工程 中的钢柱必然存在初始几何和力学缺 B一 双力矩 ； P 口 陷，故有必要研究材料非线性 、初弯曲和残余应力等 ，1叮～ 闭 口截面广义扇形惯性积 ； lI 因素对十形闭口截面钢柱整体稳定性的影响。 E，一 换算弹性模量 。 2．1 初 弯 曲的影 响 1．2 十形闭口截面钢柱两端简支轴压下屈曲荷载解