冷弯薄壁型钢开口截面受弯构件畸变屈曲塑性机理及设计方法研究

Local buckling of elements, distortional buckling of cross-section, and overall flexural-torsion buckling of members can occur for the cold-formed thin-walled steel opening sectional bending member because of the large width-to-thickness ratio of element and partially stiffened elements. The distortional buckling is more complicated and have interaction buckling with local and overall buckling, at the same time, the bending capacity of distortional buckling can be higher than yield capacity of bending members. There is no provision about plastic design of distortional buckling in Technical code of cold-formed thin-walled steel structures(GB50018-2002). The some key problems of plastic distortion buckling mechanism and plastic distortional buckling design theory would be researched in this subject, including: (1) plastic distortional buckling mechanism and analysis theory of opening sectional bending member; (2) plastic design method of distortional buckling of the opening sectional bending member; (3) plastic design method of distortional buckling considering interaction with local buckling; (4) plastic design method of distortional buckling considering interaction with overall buckling. Research results will provides theoretical support system for plastic bearing capacity analysis of opening cold-formed thin-walled steel bending member consider distortional buckling and the data base to perfect design standards of our country's cold-formed thin-walled steel bending members, and promote its widely used in the field of construction steel structure in China. Research results have important theoretical significance and practical value.

冷弯薄壁型钢开口截面受弯构件由于板件宽厚比大且存在部分加劲板件，可发生板件局部屈曲、横截面的畸变屈曲以及构件的整体弯扭失稳，其中畸变屈曲相对复杂，且各种屈曲模式存在明显相关作用，同时构件发生屈曲时其极限承载力可超过构件屈服承载力。我国现行冷弯薄壁型钢结构技术规范对于受弯构件不考虑塑性设计。本文拟针对冷弯薄壁型钢开口截面受弯构件塑性畸变屈曲机理及其塑性设计理论中若干关键问题进行研究，主要包括：①开口截面受弯构件塑性畸变屈曲机理及分析理论；②开口截面受弯构件畸变屈曲塑性设计方法；③考虑畸变屈曲和局部屈曲相关作用的一体化塑性设计方法；④畸变屈曲与整体屈曲相关作用塑性设计方法。研究成果将为开口薄壁受弯构件考虑畸变屈曲影响下的塑性承载力分析提供系统理论支撑，为完善我国开口、大宽厚比截面型钢受弯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。

冷弯薄壁型钢开口截面构件由于板件宽厚比大且存在部分加劲板件，可发生板件的局部屈曲、横截面的畸变屈曲以及构件的整体弯扭失稳，其中畸变屈曲相对复杂，且各种屈曲模式存在明显相关作用，同时构件发生屈曲时其极限承载力可超过构件屈服承载力。我国现行冷弯薄壁型钢结构技术规范对于受弯构件不考虑塑性设计，且没有畸变屈曲相关的设计条文。本项目主要针对冷弯薄壁型钢开口截面受弯构件塑性畸变屈曲机理及其塑性设计理论中若干关键问题进行研究，主要包括：1）冷弯薄壁型钢开口截面受弯构件塑性承载力试验研究；2）冷弯薄壁型钢开口截面构件畸变屈曲、塑性畸变屈曲机理及分析理论；3）冷弯薄壁型钢开口截面受弯构件考虑畸变屈曲的塑性设计方法；4）冷弯薄壁型钢开口截面构件考虑畸变屈曲和局部屈曲相关作用的一体化塑性设计方法；5）冷弯薄壁型钢开口截面构件畸变屈曲与整体屈曲相关作用塑性设计方法。通过试验研究，表明冷弯薄壁型钢受弯构件会发生屈曲相关的塑性屈曲，其极限承载力超过了构件屈服承载力。在研究冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件畸变屈曲性能的基础上，给出了冷弯薄壁型钢构件塑性畸变屈曲分析方法及计算公式，在此基础上提出了塑性畸变屈曲简化设计方法，给出了畸变屈曲强度计算方法。在分析局部屈曲和畸变屈曲相关屈曲性能基础上，提出了局部屈曲和畸变屈曲相关作用的塑性承载力设计方法，并给出了局部和畸变屈曲统一强度计算公式。在分析局部、畸变和整体稳定相关屈曲的基础上，提出了考虑塑性和相关屈曲的构件强度和整体稳定承载力计算方法。并采用试验结果以及北美规范计算方法对计算方法的合理性进行了验证，结果表明本文提出的计算方法是合理适用的。研究成果为开口薄壁构件考虑畸变屈曲塑性承载力分析提供系统理论支撑，为完善我国开口、大宽厚比截面型钢受弯构件相关设计标准提供理论依据和数据基础，推进冷弯薄壁型钢结构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。