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铝合金结构压弯构件稳定承载力研究

作　者: 张铮
导　师: 张其林
学　校: 同济大学
专　业: 结构工程
关键词: 铝合金压弯构件平面内稳定承载力平面外稳定承载力本构关系设计公式
分类号: TU395
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

铝合金作为一种新型建筑结构材料，能够适应现代工程结构向大跨和轻质发展以及承受恶劣条件的需要。目前国内铝合金结构的研究较为滞后，制约了铝合金结构的推广应用，对该结构的大力研究和相关规范的制订迫在眉睫。本文依托国家建设部《铝合金结构设计规范》编制项目，着重对铝合金结构压弯构件的平面内稳定承载力和平面外稳定承载力进行研究。本文首先在试验研究的基础上确定了铝合金材料本构关系模型和有限元分析模型，然后在参数分析的基础上确定了计算压弯构件稳定承载力相关公式的基本形式及其中的各修正系数，最后提出了一系列可供指导设计的实用计算公式。本文的工作主要获得了以下研究成果： 1) 以长细比和荷载偏心率为主要参数，测试了19个H形截面铝合金挤压型材偏心受压试件的平面内和平面外稳定承载力，考察了铝合金压弯构件的各种屈曲形态以及各项参数对稳定承载力和变形性能的影响。 2) 铝合金压弯构件在平面内弯曲失稳或在平面外弯扭失稳时，采用解析方法可以得到实际构件稳定承载力的近似解，解析解与大量试验结果较为符合。 3) 采用Ansys软件进行铝合金压弯构件稳定承载力的数值计算，与本文试验结果的比较显示，有限元分析结果具有足够的精确性和可靠性，表明有限元分析模型可以满足本文的研究需要。 4) 对铝合金材料的几种本构关系模型进行了系统分析，与本文试验结果的比较显示，Ramberg-Osgood模型给出了较为吻合的计算承载力，模型中n的取值采用Steinhardt假设(即n=f_0.2/10)最为简单实用，可以满足铝合金结构研究的需要。此外，本文还改进了一种适合于铝合金结构构件分析的简单有效的合金类型划分法，即规定状态为T6的铝合金材料为弱硬化合金，状态为除T6以外的其它铝合金材料为强硬化合金。 5) 本文建议的铝合金压弯构件平面内和平面外稳定承载力设计时的实用计算公式均在形式上与我国钢结构设计规范保持一致，便于设计人员掌握。 6) 对铝合金压弯构件的平面内稳定承载力进行了数值分析，通过参数分析推算了修正系数η1，结果表明合金类型对稳定承载力的影响最大，修正系数η1需要对弱硬化合金和强硬化合金分别取值。本文建议η1对弱硬化合金取0.75、

全文目录

中文摘要  5-7
英文摘要  7-13
第1章引言  13-32
  1.1 引言  13-14
  1.2 铝合金结构的特点及其在土木工程中的应用  14-23
    1.2.1 铝合金结构的特点  14-17
    1.2.2 铝合金结构在土木工程中的应用  17-23
  1.3 铝合金结构压弯构件相关课题研究现状  23-30
    1.3.1 铝合金结构研究现状  23-24
    1.3.2 铝合金压弯构件研究现状  24-30
  1.4 研究方法、目的和内容  30-32
    1.4.1 研究方法和目的  30
    1.4.2 研究内容  30-32
第2章铝合金压弯构件的试验研究  32-53
  2.1 引言  32
  2.2 材性试验  32-35
  2.3 平面内稳定承载力试验  35-47
    2.3.1 试验概况  35-40
    2.3.2 承载力试验结果与分析  40-47
  2.4 平面外稳定承载力试验  47-53
    2.4.1 试验概况  47
    2.4.2 承载力试验结果与分析  47-53
第3章铝合金压弯构件的稳定问题  53-75
  3.1 引言  53-58
    3.1.1 铝合金压弯构件的失稳类型  53-56
    3.1.2 铝合金压弯构件稳定问题的计算方法  56-58
  3.2 铝合金压弯构件的弯曲屈曲  58-71
    3.2.1 弹性压弯构件的变形和内力  58-65
    3.2.2 弹塑性压弯构件的变形和内力  65-71
  3.3 铝合金压弯构件的弯扭屈曲  71-75
    3.3.1 压弯构件的弹性弯扭屈曲  71-73
    3.3.2 压弯构件的弹塑性弯扭屈曲  73-75
第4章铝合金压弯构件的有限元分析  75-109
  4.1 引言  75-79
    4.1.1 结构的屈曲分析  75-77
    4.1.2 初始缺陷  77-79
  4.2 有限元模型  79-90
  4.3 铝合金材料本构关系模型  90-109
    4.3.1 本构关系模型  90-105
    4.3.2 弱硬化合金和强硬化合金  105-109
第5章铝合金压弯构件的实用计算公式  109-155
  5.1 平面内稳定承载力相关公式  109-128
    5.1.1 相关公式  109-110
    5.1.2 压弯构件修正系数η_1  110-115
    5.1.3 截面不对称性系数η_(as)  115-121
    5.1.4 单轴对称截面修正系数η_2  121-128
  5.2 等效弯矩系数β_m  128-143
    5.2.1 弹性分析  128-131
    5.2.2 弹塑性分析  131-143
  5.3 平面外稳定承载力相关公式  143-155
    5.3.1 H形截面  143-147
    5.3.2 箱形截面  147-155
第6章结论与展望  155-165
  6.1 结论  155-163
    6.1.1 试验研究  155-156
    6.1.2 压弯构件稳定问题  156
    6.1.3 有限元分析  156-159
    6.1.4 实用计算公式  159-163
  6.2 进一步工作的方向  163-165
参考文献  165-171
个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果  171-172
致谢  172

铝合金结构压弯构件稳定承载力研究

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