开口超薄壁构件弹塑性畸变屈曲机理研究

开口超薄壁型钢构件由于截面板件宽厚比大且存在部分加劲板件，失稳模式复杂，可能发生弯曲、扭转、弯扭等整体失稳，及板件的局部屈曲，横截面的畸变屈曲，其中畸变屈曲相对复杂，且各种模式存在明显相互作用。我国现行冷弯薄壁型钢结构技术规范对于畸变屈曲无明确设计方法，也无相应控制措施和临界条件判定方法。本文拟针对开口超薄壁型钢构件弹塑性畸变屈曲机理及其设计理论中若干关键问题进行研究，主要包括：①开口超薄壁型钢构件弹塑性畸变屈曲机理及其分析理论；②协调变形模式下考虑畸变屈曲和局部屈曲相关作用的一体化分析理论；③畸变屈曲与整体屈曲相关作用分析理论；④开口超薄壁型钢构件畸变屈曲临界条件和有效控制措施。研究成果将为开口超薄壁构件考虑畸变屈曲影响下的承载力分析提供系统理论支撑，为完善我国开口、大宽厚比截面型钢构件相关设计标准提供理论依据和数据基础，推进其在我国建筑钢结构领域的广泛应用，具有重要理论意义和实用价值。

本项目针对开口超薄壁型钢构件弹塑性畸变屈曲机理及其设计理论中若干关键问题进行研究，主要包括开口超薄壁型钢构件弹塑性畸变屈曲机理及其分析理论、协调变形模式下考虑畸变屈曲和局部屈曲相关作用的一体化分析理论、畸变屈曲与局部屈曲相关作用分析理论、以及开口超薄壁型钢构件畸变屈曲临界条件和有效控制措施。目前，项目已完成全部预订研究计划，部分工作开展了更为深入的研究。.首先，本项目完成了冷弯薄壁型钢构件轴压（S350试件绕弱轴失稳19个，绕强轴失稳4个；LG550试件绕弱轴失稳44个，绕强轴失稳19个）和偏压试验（S280试件荷载偏向腹板11个，偏向卷边10个，绕强轴失稳37个；S350试件荷载偏向腹板19个，偏向卷边7个，绕强轴失稳7个；LG550试件荷载偏向腹板14个，偏向卷边16个，绕强轴失稳18个），揭示了冷弯薄壁型钢开口截面构件的失稳破坏模式，为畸变屈曲受力性能分析提供了坚实的试验基础。.其次，本文基于能量法，提出局部屈曲和畸变屈曲相关屈曲的分析方法，得出了畸变屈曲弹性及弹塑性屈曲应力的计算公式以及畸变屈曲半波长的计算公式，提出了不考虑腹板相关作用的边缘加劲板件的屈曲稳定系数，并分别考虑最大应力作用于卷边侧和最大应力作用于腹板侧的情况。比较分析表明，该系数表达式具有很好的精度和适用性，且与现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》的处理方法相一致。同时，也可方便地对畸变屈曲和整体失稳相关作用的承载力进行分析计算。在此基础上，对于卷边槽形截面构件，采用有效宽度法，建立了同时考虑畸变屈曲、整体屈曲和局部屈曲的承载力统一计算方法。.最后，基于上述理论，对控制畸变屈曲发生的构造措施及设计原则进行了试验研究和理论分析，提出了不同基本构件不发生畸变屈曲时对卷边尺寸的要求限值，验证了在构件的卷边间加设缀板以控制畸变屈曲发生的有效性及设计原则，对工程设计具有重要指导意义。.基于课题研究成果，已发表英文期刊论文1篇、录用1篇；中文期刊论文3篇、录用3篇。培养博士生1名、硕士生4名。研究成果为正在修编国家标准《冷弯型钢结构技术规范》（GB50018）、国家行业标准《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（JGJ227-2011）及上海市地方标准《轻型钢结构技术规程》（DG/TJ08-2089-2012）所采纳。