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不同成型方式圆钢管轴心受压构件整体稳定性能研究

闫西峰  
【摘要】:随着现代建筑技术和钢管制造技术的发展,圆钢管构件在电力行业、大跨度公共建筑、桥梁、海洋和塔桅等结构中被广泛应用。不同成型方式圆钢管由于生产加工过程不同,导致圆钢管之间的材料力学性能以及初始缺陷等不同,从而使其整体稳定性能也存在一定的差异。现有设计规范中缺乏不同成型方式圆钢管轴心受压构件整体稳定性能的研究背景支持,尤其是缺乏有关不同成型方式圆钢管截面残余应力分布情况的研究,目前圆钢管轴心受压构件的整体稳定性能,并不能保证其在有关工程设计中的合理性和可靠性。本文主要针对圆钢管的工程应用及其轴压构件稳定性的研究现状进行了详细的介绍,并总结了国内外规范对于圆钢管轴心受压构件的整体稳定性能和设计方法研究。为了全面、系统地研究不同成型方式圆钢管轴心受压构件的整体稳定受力性能与失稳模式,本文主要研究的内容和成果如下:(1)圆钢管截面残余应力分布模式是研究其整体稳定性能最重要的先决条件。本文采用盲孔法,测量了Q690、Q420和Q345三种不同强度等级的焊接圆钢管和热轧无缝圆钢管横截面的纵向残余应力,分析成型方式、钢材强度以及焊接圆钢管两端起焊点和落焊点截面处的残余应力大小、分布模式及计算方法。(2)进行了9个Q345高频焊、埋弧焊和热轧三种不同成型方式圆钢管柱的轴心受压静力试验。试验结果显示,欧洲规范、美国规范以及我国钢结构设计规范的柱子曲线明显低于圆钢管轴心受压构件的整体稳定系数,有必要针对不同成型方式圆钢管轴心受压构件的整体稳定系数曲线进行修正,并提出新的柱子曲线。(3)对钢材强度等级为Q345的高频焊、埋弧焊和热轧三种不同成型方式圆钢管轴心受压构件的整体稳定性能进行有限元模型分析,并与不同成型方式圆钢管轴心受压试验结果对比,验证了有限元模型的可靠性和准确性。(4)基于圆钢管被测试出的几何初始缺陷和截面残余应力分布模型,采用验证后的有限元模型对不同成型方式轴心受压构件进行数值参数分析,并与国内外规范对比,提出不同成型方式圆钢管轴心受压构件整体稳定性能的设计方法,根据拟合的新柱子曲线进行计算参数修正,提出一条更适用于不同成型方式圆钢管整体稳定性的柱子曲线。


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