管状构件屈曲模式的设计与优化研究

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1、学校代码：10286分类号：TU3密级：公开UDC：624学号：150967硕士学位论文管状构件屈曲模式的设计与优化研究研究生姓名：周宇航导师姓名：蔡建国教授申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称土木工程论文答辩日期2018年6月8日二级学科名称土木工程学位授予日期2018年月日答辩委员会主席范圣刚评阅人S1800716S18007172018年6月8日硕士学位论文管状构件屈曲模式的设计与优化研究专业名称：土木工程研究生姓名：周宇航导师姓名：蔡建国教授本文受到国家自然科学基金面上项目（51578133）、江苏省自然科学基金优秀青年

2、基金（BK20170083）、江苏省六大人才高峰项目（JZ-001）的资助2018年6月8日DESIGNANDOPTIMIZATIONOFBUCKLINGMODEOFTUBULARMEMBERSAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYZHOUYuhangSupervisedbyProf.CAIJianguoSchoolofCivilEngineeringSoutheastUniversityJune2018东南大学学位论文独创

3、性声明本人声工作及取得的研宄成果。尽我所明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研宄其他人己经发表或撰写过的研宄成果’标注和致谢的地方外，论文中不包含知，除了文中特别加以一乜不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。：研究生签名：曰期东南大学学位论文使用授权声明、国家图书馆《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有东南大学、、中国科学技术信息研宄所送交学位论文的复印件３公司、北京万方数据股份有限公司有权保留本人

4、所、万方数据电子出版社和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内一（借阅，可以公布包括以电子信息形式致，允许论文被查阅和容相。除在保密期内的保密论文外（）论文的全部内容或中。论文的公布包括以电子信息形式刊登）授权刊登、英文摘要等部分内容东南大学研宄生院办理。：Ｐｉｎ：：日期．研宄生签名同今．导师签名［＇摘要管状构件屈曲模式的设计与优化研究硕士研究生：周宇航指导教师：蔡建国教授摘要在轴向力作用下，管状构件由于长细比、径厚比、截面形状等因素的不同，发生不同形式的屈曲模式。当长细比较

5、大时，构件极易发生低阶的整体弯曲屈曲。当构件发生低阶屈曲时，其承载力大幅度下降，严重影响结构的安全性，此外构件只会在中部形成塑性区，耗能能力较差。本文将折纸概念引入到普通方管中，改变构件的几何构形，使长细比较大的构件也能发生对称型轴向屈曲模式，增强构件的耗能能力。研究了多种折纸构形对管状构件屈曲模式的影响，并对其在轴向单向荷载和循环反复荷载作用下的力学性能进行了研究。为了提高普通方管的耗能能力，将刚性Miura折纸构形引入到管状构件中，形成刚性折纸型管状构件。研究了截面边长a、平行四边形的夹角γ、板厚t、及折痕削弱程度系数η对构件屈曲模式的影响

6、规律，结果表明截面边长a越大，构件越容易发生轴向屈曲模式；平行四边形夹角γ、板厚t、折痕削弱程度系数η越大，则构件的轴向刚度越大，越容易发生平面外的弯曲屈曲模式。此外还发现截面边长a不小于150mm、折痕削弱程度系数η不大于0.8、板厚t不大于12mm、平行四边形夹角γ不大于60°时，构件的屈曲模式以轴向屈曲模式为主。通过上述研究发现，边界处折纸单元受到约束条件的影响变形较小，而中间单元的变形较大。典型单元的折痕厚度和几何尺寸是影响折纸单元刚度的两大因素。本文研究了截面边长为200mm、板厚为10mm、平行四边形夹角为65°的典型单元折痕厚度分

7、布情况对构件屈曲模式的影响，得出当折痕厚度削弱递减值Δ越大，则构件承载力越小且以轴向屈曲模式为主；研究了截面边长为200mm、板厚为10mm、折痕未削弱的典型单元中平行四边形夹角的分布情况对构件屈曲模式的影响，当平行四边形夹角梯度差Δ越大，两端典型单元刚度越小，构件主要以两端单元轴向屈曲模式为主。与刚性折纸构形不同，非刚性折纸在确定几何参数后是一个稳定的结构。采用非刚性折纸构形管状构件的轴向刚度较大。在三种典型折纸构形（金字塔模型、crash-box模型和三角形六折痕模型）中选择三角形六折痕构形进行研究，对截面形状、截面边长、截面相对转角、板厚

8、等参数进行参数分析，得出截面相对转角越大，构件的轴向刚度越小，越容易发生轴向屈曲模式；截面边长a越大，构件长细比越小，越不容易发生弯曲屈曲模式；板厚越