十形闭口截面轴压钢柱稳定性分析.pdf

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1、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-ShapeCIosedSectioninAxialPressure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

2、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

3、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EI∞+P∞一M‘P=02方向。E

4、l，6””+(P0一2卢)”+(2)刚周边假定，即杆件扭转变形时，各截面上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陷，故有必要研究材料非线性、初弯曲和残余应力等

5、口，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本节通过ANSYS分析材料非线性与初弯曲对若十形闭口截面轴压柱的边界条件为两端简十形闭I=l截面钢柱整体稳定性的影响，初弯曲取构支，求解微分方程可得钢柱的弹性屈曲解件长度的1／1000⋯，取十形闭口截面柱的截面为a=200mm，b=100mm，c=200mm，d=100mm，P=字t=10mm，分析初弯曲对不同长细比钢柱的影响。ANSYS分析结果见表2和图3。P=，孚㈩表2初弯

6、曲对不同长细比柱极限荷载的影响轴压柱当两端两个方向约束相同时，绕截面弱轴弯曲失稳。最后按图2所示截面，取o=200mm，b=100ram，c=200mm，d=100mm，壁厚t=10Inm，选用不同长细比的柱均通过ANSYS进行屈曲模拟分析，所得结果与理论推导值的比较见表1。模拟结果的误差均在1．42％以内，验证了推导过程和结果的正确性。注：P为施加初弯曲的极限荷载，P。。为弹性分析特，征值。广jL、厂图3初弯曲对不同长细比柱极限荷载的影响图2十形闭口截面钢柱截面从图3可以看出，初弯曲降低了钢柱的稳定承表1+形截面柱特征屈曲分析载能力，

7、降低幅度为13％到27％，但随着A的增加，柱高l／mAP／MNP一／MN误差／％初弯曲对钢柱的稳定承载力影响减小。l397．84．244．181．422．2残余应力的影响13．5101．53．933．891．1l14105．33．663．630．85残余应力的分布模式比较复杂，其沿板宽接近14．5l09．13．4l3．39O．62抛物线分布⋯，为了简化研究，本文采取图4的阶梯15ll2．83．183．170．4215．5116．62．982．98O．23型分布，研究残余应力对不同宽厚比与长细比轴压注：P为理论推导值，P为弹性分析特征值。

8、柱稳定的影响。ANSYS分析结果见表3和表4。18浙江建筑2015年第32卷表4不同宽厚比下的极限荷载Z歪8765432100．1875，0．62510．1875，一：：—⋯，图4钢柱长、短边残余应力分布模