薄壁構(gòu)件穩(wěn)定理論及其應(yīng)用

前言

伴隨著改革開放，發(fā)達國家的輕型鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)以及相應(yīng)的產(chǎn)品和技術(shù)不斷涌入國門，有力地促進了冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)在中國的迅速發(fā)展。實際上，早在20世紀(jì)60年代，我國就積極推廣應(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。針對冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的若干理論與應(yīng)用問題，我們開展了研究工作。后期開始，我們就對開口截面冷彎薄壁型鋼受壓構(gòu)件的彎扭屈曲問題進行了理論和試驗研究，建立了較為精確的彎扭屈曲理論，獲得了豐富的試驗數(shù)據(jù)。為了提高開口薄壁構(gòu)件的彎扭屈曲臨界荷載，提出了在開口邊設(shè)置綴板的方法，并對這種新型構(gòu)件提出了相應(yīng)的計算理論和設(shè)計計算方法。自80年代以來，我們又對卷邊槽形截面開口薄壁受壓構(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)作用問題進行了理論分析和試驗研究，在國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用設(shè)計方法以及計算冷彎薄壁型鋼構(gòu)件屈曲后承載力的折減強度法。這些問題是冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵理論問題和技術(shù)問題，我們的研究成果被我國歷次修訂的國家標(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)計計算方法，是作者多年來研究工作的總結(jié)。由于本書的研究成果大多被國家標(biāo)準(zhǔn)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》所采用，故本書也可作為其相關(guān)條文的背景材料。全書分為10章，內(nèi)容包括：薄壁壓桿穩(wěn)定計算的近似方法、開口薄壁壓桿的彈性穩(wěn)定理論與試驗研究、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研究、板件的統(tǒng)一化有效寬厚比設(shè)計方法、冷彎型鋼受壓構(gòu)件的有限元分析及其折減強度設(shè)計方法、冷彎薄壁卷邊槽鋼組合工字梁的有限元分析及其折減強度設(shè)計方法。通過閱讀本書，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)計方法以及板件設(shè)計理論與方法、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)計計算方法方面的創(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)定計算的近似方法、開口薄壁壓桿的彈性穩(wěn)定理論與試驗研究、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)件的試驗研究、板件的統(tǒng)一化有效寬厚比設(shè)計方法、冷彎型鋼受壓構(gòu)件的有限元分析及其承載力計算方法、冷彎薄壁卷邊槽鋼組合工字梁的試驗研究、有限元分析與承載力計算方法。    本書可供土木工程專業(yè)和工程力學(xué)專業(yè)的設(shè)計人員、研究人員和大學(xué)教師參考，也可作為相關(guān)專業(yè)高年級本科生和研究生學(xué)習(xí)用書。

作者簡介

周緒紅，蘭州大學(xué)、湖南大學(xué)、長安大學(xué)教授，結(jié)構(gòu)工程專業(yè)工學(xué)博士，現(xiàn)任蘭州大學(xué)校長，兼任中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會副會長，中國公路學(xué)會副理事長，中國力學(xué)學(xué)會高級會員，中國土木工程學(xué)會常務(wù)理事，中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會輕型鋼結(jié)構(gòu)委員會副主任委員，國家鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心工程技術(shù)委員會副主任，教育部科學(xué)技術(shù)委員會工程技術(shù)學(xué)部委員，國家自然科學(xué)基金委員會工程與材料科學(xué)部評審組成員，國家科技進步獎評審委員會專家，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部專家委員會專家，聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織國際太陽能技術(shù)促進轉(zhuǎn)讓中心高級專家，《建筑科學(xué)與工程學(xué)報》雜志主編，《地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報》雜志編委會主任委員，《中國公路學(xué)報》雜志編委會副主任委員，《建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報》、《鋼結(jié)構(gòu)》、《建筑鋼結(jié)構(gòu)進展》雜志編委。
　　長期從事結(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，主持國家“十五”科技攻關(guān)計劃重大項目、國家“十一五”科技支撐計劃重點項目、國家國際科技合作重點項目、國家自然科學(xué)基金項目、教育部重點科研項目、高等學(xué)校博士點專項科研基金項目、西部交通建設(shè)科技項目以杭州灣跨海大橋、青島海灣大橋、青銀高速公路濟南黃河大橋等大型工程科研項目30余項。主持的項目先后兩次獲得國家科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎（排名第一）、兩次獲得中國高校科技進步一等獎，還獲得湖南省科技進步一等獎、陜西省科技進步一等獎、湖南省科技進步二等獎、高校技術(shù)發(fā)明二等獎、重慶市科技進步二等獎、建設(shè)部華夏建設(shè)科學(xué)技術(shù)二等獎；獲得國家發(fā)明專利1項、實用新型專利2項；獲得國家教學(xué)成果二等獎、湖南省優(yōu)秀教學(xué)成果一等獎、陜西省優(yōu)秀教學(xué)成果一等獎。主編和參編專著、教材與標(biāo)準(zhǔn)等12本，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文170余篇。

書籍目錄

前言　第1章　緒論　1.1　引言　1.2　國內(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)定計算的近似方法  2.1　引言  2.2　變分法  2.3　勢能駐值原理和最小勢能原理  2.4　瑞利-里茨法  2.5　伽遼金法  2.6　半能量法第3章  開口薄壁壓桿的彈性穩(wěn)定理論與試驗研究  3.1　引言  3.2　開口薄壁軸心壓桿的彈性穩(wěn)定理論　3.3　單軸對稱開口薄壁軸心壓桿的換算長細比　3.4　單軸對稱開口薄壁軸心壓桿的試驗研究　3.5　開口薄壁偏心壓桿的彈性穩(wěn)定理論　3.6　帶綴板的開口薄壁偏心壓桿的彈性穩(wěn)定理論　3.7　開口薄壁偏心壓桿彎扭失穩(wěn)的換算長細比第4章  考慮屈曲前變形影響的開口薄壁壓彎桿件的穩(wěn)定理論與試驗研究  4.1　引言  4.2　兩端等彎矩作用下開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口薄壁壓彎桿件的彈性穩(wěn)定理論　4.4　開口薄壁偏心壓桿的彎扭屈曲理論與試驗研究第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)件的試驗研究第8章　板件的統(tǒng)一化有效寬厚比較設(shè)計方法第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算方法參考文獻附錄

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 緒論1.1 引言對于冷彎薄壁型鋼受壓構(gòu)件，當(dāng)長細比較大時，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)件的長細比較小時，冷彎薄壁型鋼受壓構(gòu)件的屈曲主要表現(xiàn)為局部屈曲，開口截面構(gòu)件也可能表現(xiàn)為畸變屈曲。由于這類構(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，必然牽制相鄰板件一起凸曲；相鄰的強板會對弱板起支援作用，延緩它的屈曲，而弱板會對強板的屈曲起促進作用；在屈曲過程中各相鄰板件會相互影響，就是所謂的局部屈曲相關(guān)作用問題或板組穩(wěn)定問題。由于板件邊界的約束作用，各板件屈曲之后，整個截面具有屈曲后承載力。這從理論上來講，確定板組局部屈曲相關(guān)作用分枝點荷載，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。對于中等長細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。一個原本中心受壓的構(gòu)件可能變成偏心受壓構(gòu)件；一個原本偏心受壓的構(gòu)件，其有效偏心距在加載過程中會不斷變化，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、波幅及波長會發(fā)生變化（變形重分布），同時板件的薄膜應(yīng)力也會發(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)作用問題。與整體屈曲模式相對應(yīng)，這類問題有三種基本相關(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)。本書主要研究開口薄壁構(gòu)件的彎扭屈曲問題、板件局部屈曲問題和局部屈曲后受壓構(gòu)件與受彎構(gòu)件的承載力問題。

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)計計算方法，是作者多年來研究工作的總結(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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