薄壁構(gòu)件穩(wěn)定理論及其應(yīng)用

前言

伴隨著改革開(kāi)放，發(fā)達(dá)國(guó)家的輕型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)以及相應(yīng)的產(chǎn)品和技術(shù)不斷涌入國(guó)門(mén)，有力地促進(jìn)了冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)在中國(guó)的迅速發(fā)展。實(shí)際上，早在20世紀(jì)60年代，我國(guó)就積極推廣應(yīng)用冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)，并于1969年編制了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《彎曲薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（草案），隨后經(jīng)過(guò)三次修訂，更名為《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》。由于早版的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要參考了前蘇聯(lián)的規(guī)范和有關(guān)資料編制而成，難免存在許多不足。針對(duì)冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的若干理論與應(yīng)用問(wèn)題，我們開(kāi)展了研究工作。后期開(kāi)始，我們就對(duì)開(kāi)口截面冷彎薄壁型鋼受壓構(gòu)件的彎扭屈曲問(wèn)題進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究，建立了較為精確的彎扭屈曲理論，獲得了豐富的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。為了提高開(kāi)口薄壁構(gòu)件的彎扭屈曲臨界荷載，提出了在開(kāi)口邊設(shè)置綴板的方法，并對(duì)這種新型構(gòu)件提出了相應(yīng)的計(jì)算理論和設(shè)計(jì)計(jì)算方法。自80年代以來(lái)，我們又對(duì)卷邊槽形截面開(kāi)口薄壁受壓構(gòu)件和受彎構(gòu)件中的卷邊板件屈曲后性能、板組體系屈曲后相關(guān)作用問(wèn)題進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)研究，在國(guó)際上率先提出了考慮板組屈曲后相關(guān)作用的有效寬厚比實(shí)用設(shè)計(jì)方法以及計(jì)算冷彎薄壁型鋼構(gòu)件屈曲后承載力的折減強(qiáng)度法。這些問(wèn)題是冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵理論問(wèn)題和技術(shù)問(wèn)題，我們的研究成果被我國(guó)歷次修訂的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》所采用。本書(shū)系統(tǒng)地介紹了作者在冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的理論研究成果和設(shè)計(jì)計(jì)算方法，是作者多年來(lái)研究工作的總結(jié)。由于本書(shū)的研究成果大多被國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》所采用，故本書(shū)也可作為其相關(guān)條文的背景材料。全書(shū)分為10章，內(nèi)容包括：薄壁壓桿穩(wěn)定計(jì)算的近似方法、開(kāi)口薄壁壓桿的彈性穩(wěn)定理論與試驗(yàn)研究、非均勻受壓初彎曲卷邊板的屈曲后分析理論、板組局部屈曲后相關(guān)作用的理論研究、卷邊槽形截面薄壁壓桿的試驗(yàn)研究、板件的統(tǒng)一化有效寬厚比設(shè)計(jì)方法、冷彎型鋼受壓構(gòu)件的有限元分析及其折減強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法、冷彎薄壁卷邊槽鋼組合工字梁的有限元分析及其折減強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法。通過(guò)閱讀本書(shū)，工程技術(shù)人員可以更好地掌握冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彎扭屈曲理論和設(shè)計(jì)方法以及板件設(shè)計(jì)理論與方法、理解冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范相關(guān)條文的背景：工程力學(xué)研究人員可以更好地了解工程力學(xué)的理論與方法在工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

內(nèi)容概要

本書(shū)系統(tǒng)地闡述了作者在冷彎薄壁型鋼構(gòu)件穩(wěn)定理論、設(shè)計(jì)計(jì)算方法方面的創(chuàng)新性科研成果和冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范相關(guān)條文的理論背景。內(nèi)容主要包括：薄壁壓桿穩(wěn)定計(jì)算的近似方法、開(kāi)口薄壁壓桿的彈性穩(wěn)定理論與試驗(yàn)研究、非均勻受壓初彎曲卷邊板的屈曲后分析理論、板組局部屈曲后相關(guān)作用的理論研究、冷彎型鋼卷邊槽形截面受壓構(gòu)件的試驗(yàn)研究、板件的統(tǒng)一化有效寬厚比設(shè)計(jì)方法、冷彎型鋼受壓構(gòu)件的有限元分析及其承載力計(jì)算方法、冷彎薄壁卷邊槽鋼組合工字梁的試驗(yàn)研究、有限元分析與承載力計(jì)算方法。    本書(shū)可供土木工程專(zhuān)業(yè)和工程力學(xué)專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)人員、研究人員和大學(xué)教師參考，也可作為相關(guān)專(zhuān)業(yè)高年級(jí)本科生和研究生學(xué)習(xí)用書(shū)。

作者簡(jiǎn)介

周緒紅，蘭州大學(xué)、湖南大學(xué)、長(zhǎng)安大學(xué)教授，結(jié)構(gòu)工程專(zhuān)業(yè)工學(xué)博士，現(xiàn)任蘭州大學(xué)校長(zhǎng)，兼任中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)，中國(guó)公路學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)常務(wù)理事，中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)輕型鋼結(jié)構(gòu)委員會(huì)副主任委員，國(guó)家鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心工程技術(shù)委員會(huì)副主任，教育部科學(xué)技術(shù)委員會(huì)工程技術(shù)學(xué)部委員，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)工程與材料科學(xué)部評(píng)審組成員，國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)評(píng)審委員會(huì)專(zhuān)家，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部專(zhuān)家委員會(huì)專(zhuān)家，聯(lián)合國(guó)工業(yè)發(fā)展組織國(guó)際太陽(yáng)能技術(shù)促進(jìn)轉(zhuǎn)讓中心高級(jí)專(zhuān)家，《建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào)》雜志主編，《地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)》雜志編委會(huì)主任委員，《中國(guó)公路學(xué)報(bào)》雜志編委會(huì)副主任委員，《建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)》、《鋼結(jié)構(gòu)》、《建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展》雜志編委。
　　長(zhǎng)期從事結(jié)構(gòu)工程學(xué)科鋼結(jié)構(gòu)、鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、大跨結(jié)構(gòu)方向的教學(xué)與科研工作，主持國(guó)家“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃重大項(xiàng)目、國(guó)家“十一五”科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家國(guó)際科技合作重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、教育部重點(diǎn)科研項(xiàng)目、高等學(xué)校博士點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)科研基金項(xiàng)目、西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目以杭州灣跨海大橋、青島海灣大橋、青銀高速公路濟(jì)南黃河大橋等大型工程科研項(xiàng)目30余項(xiàng)。主持的項(xiàng)目先后兩次獲得國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)（排名第一）、兩次獲得中國(guó)高校科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，還獲得湖南省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、陜西省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、湖南省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、高校技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)、重慶市科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、建設(shè)部華夏建設(shè)科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)；獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利1項(xiàng)、實(shí)用新型專(zhuān)利2項(xiàng)；獲得國(guó)家教學(xué)成果二等獎(jiǎng)、湖南省優(yōu)秀教學(xué)成果一等獎(jiǎng)、陜西省優(yōu)秀教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。主編和參編專(zhuān)著、教材與標(biāo)準(zhǔn)等12本，在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文170余篇。

書(shū)籍目錄

前言　第1章　緒論　1.1　引言　1.2　國(guó)內(nèi)外研究的歷史與現(xiàn)狀  1.3　湖南大學(xué)的研究工作第2章  薄壁壓桿穩(wěn)定計(jì)算的近似方法  2.1　引言  2.2　變分法  2.3　勢(shì)能駐值原理和最小勢(shì)能原理  2.4　瑞利-里茨法  2.5　伽遼金法  2.6　半能量法第3章  開(kāi)口薄壁壓桿的彈性穩(wěn)定理論與試驗(yàn)研究  3.1　引言  3.2　開(kāi)口薄壁軸心壓桿的彈性穩(wěn)定理論　3.3　單軸對(duì)稱(chēng)開(kāi)口薄壁軸心壓桿的換算長(zhǎng)細(xì)比　3.4　單軸對(duì)稱(chēng)開(kāi)口薄壁軸心壓桿的試驗(yàn)研究　3.5　開(kāi)口薄壁偏心壓桿的彈性穩(wěn)定理論　3.6　帶綴板的開(kāi)口薄壁偏心壓桿的彈性穩(wěn)定理論　3.7　開(kāi)口薄壁偏心壓桿彎扭失穩(wěn)的換算長(zhǎng)細(xì)比第4章  考慮屈曲前變形影響的開(kāi)口薄壁壓彎桿件的穩(wěn)定理論與試驗(yàn)研究  4.1　引言  4.2　兩端等彎矩作用下開(kāi)口薄壁壓彎桿件的彈性穩(wěn)定理論　4.3　兩端不等彎矩作用下開(kāi)口薄壁壓彎桿件的彈性穩(wěn)定理論　4.4　開(kāi)口薄壁偏心壓桿的彎扭屈曲理論與試驗(yàn)研究第5章  非均勻受壓初彎曲卷邊板的屈曲后分析理論　5.1　引言　5.2　大撓度初彎曲板的基本方程　5.3　板的屈曲后分析理論　5.4　非線性方程組的解法與非線性平衡路徑的跟蹤技術(shù)……第6章　板組局部屈曲后相關(guān)作用的理論研究　第7章　冷彎型鋼卷邊槽形截面受壓構(gòu)件的試驗(yàn)研究第8章　板件的統(tǒng)一化有效寬厚比較設(shè)計(jì)方法第9章　冷彎型鋼受壓構(gòu)件的有限元分析與承載力計(jì)算方法第10章　冷彎薄壁卷邊槽鋼組合工字梁有限元分析與承載力計(jì)算方法參考文獻(xiàn)附錄

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 緒論1.1 引言對(duì)于冷彎薄壁型鋼受壓構(gòu)件，當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比較大時(shí)，經(jīng)典力學(xué)的剛周邊假設(shè)基本成立，構(gòu)件常發(fā)生整體屈曲。整體屈曲有彎曲屈曲、扭轉(zhuǎn)屈曲和彎扭屈曲三種基本形式。當(dāng)構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比較小時(shí)，冷彎薄壁型鋼受壓構(gòu)件的屈曲主要表現(xiàn)為局部屈曲，開(kāi)口截面構(gòu)件也可能表現(xiàn)為畸變屈曲。由于這類(lèi)構(gòu)件是由薄板所組成的板組體系，當(dāng)其中一塊板件發(fā)生局部屈曲或畸變屈曲時(shí)，必然牽制相鄰板件一起凸曲；相鄰的強(qiáng)板會(huì)對(duì)弱板起支援作用，延緩它的屈曲，而弱板會(huì)對(duì)強(qiáng)板的屈曲起促進(jìn)作用；在屈曲過(guò)程中各相鄰板件會(huì)相互影響，就是所謂的局部屈曲相關(guān)作用問(wèn)題或板組穩(wěn)定問(wèn)題。由于板件邊界的約束作用，各板件屈曲之后，整個(gè)截面具有屈曲后承載力。這從理論上來(lái)講，確定板組局部屈曲相關(guān)作用分枝點(diǎn)荷載，只需采用線性理論，即所謂線性局部相關(guān)屈曲理論；而分析板組局部屈曲后相關(guān)作用的性能，則需采用非線性局部相關(guān)屈曲理論。對(duì)于中等長(zhǎng)細(xì)比的冷彎薄壁受壓構(gòu)件，整體屈曲前可能先發(fā)生局部屈曲或畸變屈曲，經(jīng)典力學(xué)的剛周邊假設(shè)不再成立，局部屈曲或畸變屈曲的影響將從本質(zhì)上改變構(gòu)件的性能和承載能力。一旦局部屈曲或畸變屈曲發(fā)生，構(gòu)件的抗壓和抗彎剛度會(huì)降低，橫截面有效幾何特征（包括有效形心軸位置）將改變。一個(gè)原本中心受壓的構(gòu)件可能變成偏心受壓構(gòu)件；一個(gè)原本偏心受壓的構(gòu)件，其有效偏心距在加載過(guò)程中會(huì)不斷變化，從而影響構(gòu)件的整體變形。另一方面，由于構(gòu)件整體變形的影響，局部屈曲或畸變屈曲后板件的波形、波幅及波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生變化（變形重分布），同時(shí)板件的薄膜應(yīng)力也會(huì)發(fā)生重分布。這種局部屈曲或畸變屈曲與整體屈曲的相互影響就是局部與整體屈曲的相關(guān)作用問(wèn)題。與整體屈曲模式相對(duì)應(yīng)，這類(lèi)問(wèn)題有三種基本相關(guān)屈曲模式，即局部與彎曲屈曲、局部與扭轉(zhuǎn)屈曲和局部與彎扭屈曲相關(guān)。本書(shū)主要研究開(kāi)口薄壁構(gòu)件的彎扭屈曲問(wèn)題、板件局部屈曲問(wèn)題和局部屈曲后受壓構(gòu)件與受彎構(gòu)件的承載力問(wèn)題。

編輯推薦

《薄壁構(gòu)件穩(wěn)定理論及其應(yīng)用》系統(tǒng)地介紹了作者在冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的理論研究成果和設(shè)計(jì)計(jì)算方法，是作者多年來(lái)研究工作的總結(jié)。由于《薄壁構(gòu)件穩(wěn)定理論及其應(yīng)用》的研究成果大多被國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》所采用，故《薄壁構(gòu)件穩(wěn)定理論及其應(yīng)用》也可作為其相關(guān)條文的背景材料。

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