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圆钢管在受压、受扭和各个方向受弯下具有卓越的结构性能。目前,国内外钢结构设计规范没有将圆钢管作为一种特殊截面构件而采用形式不同的公式计算其双向压弯稳定承载力,实际设计中常将双向压弯构件简化为单向压弯构件来计算,这一过程忽视了一般情况下双向不等端弯矩作用下压弯构件变形曲线为空间曲线的特点。本文从理论推导和数值分析两方面对圆钢管双向压弯构件稳定承载力计算公式进行了研究。
首先对双向压弯构件进行了二阶弹性理论分析。根据虚位移原理得到了圆钢管双向压弯构件的平衡微分方程,通过假定构件变形曲线求出了构件三个方向的位移解及截面上任意点正应力的计算表达式。采用位移干扰的方法得到了用轴力.双向弯矩相关公式表示的构件承载力上限,明确了圆钢管双向压弯构件的受力性能。
其次通过有限元分析,明晰了几何缺陷、残余应力及加载路径等对圆钢管单向压弯构件稳定承载力的影响程度,并利用现有试验资料对有限元模型进行了校准。
随后通过分析,证明了规范单向压弯构件平面内稳定承载力计算公式适用于圆钢管构件。当圆钢管双向压弯构件发生斜弯曲时,可简化为单向压弯构件按规范公式计算稳定承载力。
接着通过数值计算,获得了大量多种端弯矩分布形式下双向压弯构件的承载力数据,并与规范公式计算结果作了比较,提出了对规范公式进行改进的两种修正方法。其中修正方法2适用于各种不等端双向弯矩作用下压弯构件稳定承载力计算,且计算精度很高。本文还借用Eurocode3和AISC—LRFD规范中压弯构件稳定承载力计算公式的形式,验证了修正方法2的适用性。
最后,关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。