工字形铝合金受弯构件的整体稳定性分析-中国科学杂志社.PDFVIP

中国科学 E 辑:技术科学 2007 年 第37 卷 第5 期: 628~635 SCIENCE IN CHINA PRESS 工字形铝合金受弯构件的整体稳定性分析 * 程 明 石永久 王元清 (清华大学土木工程系, 清华大学结构工程与振动教育部重点实验室, 北京 100084) 摘要 研究铝合金无侧向支撑受弯构件在各种荷载作用下的整体稳定问题. 介 绍了国外现行铝合金规范中的受弯构件整体稳定性的设计方法; 通过有限元计算 研究了材料热处理方式对铝合金受的整体稳定性的影响; 针对几个算例, 比较了 各种规范计算结果与有限元计算结果. 以我国钢结构设计规范为基础, 参考欧洲 铝合金规范、英国铝合金规范和美国铝合金规范, 适当修改了钢结构受弯构件稳 定系数的计算公式, 提出了铝合金受弯构件稳定系数的计算方法. 通过对大量的 有限元计算结果的统计分析, 验证了文中建议的铝合金受弯构件稳定系数计算公 式的准确性. 通过与文献中试验结果的对比, 可以证明文中提出的设计方法能够 很好的应用于实际设计中. 关键词 铝合金受弯构件 侧向失稳 稳定系数 有限元分析 设计方法 铝合金材料具有自重轻、可模性好、比强度高、防腐性能优良和可以循环利用等优点, 是 可以大规模应用于建筑结构的理想结构材料. 欧美一些国家从 20 世纪中叶就开始大规模修建 铝合金建筑, 结构形式也多种多样; 我国在 20 世纪末开始出现铝合金结构, 多数为铝合金网 [1] 架、网壳结构 . 欧美国家对铝合金结构的研究起步较早, 研究成果比较成熟. 早在 20 世纪 70 年代, ECCS [2] [3] 出版了《欧洲铝合金结构建议》 , 美国铝业协会出版了《铝合金结构规范》 , 英国(CP 118)、 法国(DTU)、德国(DIN 4113)、意大利(UNI 8634)等国也在同一时期出版了各自的规范. 我国在 铝合金结构的研究方面起步较晚, 目前已经发表的研究成果主要集中在轴心受压杆件的稳定 [4~9] 性上 . 本文主要研究铝合金受弯构件的整体稳定问题. 首先介绍国外现有设计方法; 其次根据 有限元计算的结果, 适当修改了我国钢规中关于受弯构件整体稳定性的设计公式, 以用于计 算铝合金梁的稳定系数. 最后通过比较建议公式计算结果与试验结果, 说明本文提出的设计 方法的适用性. 收稿日期: 2005-11-22; 接受日期: 2006-07-07 高等学校博士学科点专项科研基金(批准号: 20050003080)资助项目 * E-mail: Chengming@C 第 5 期 程 明等: 工字形铝合金受弯构件的整体稳定性分析 629 1 有限元模型简介 有限元计算应用ABAQUS进行 [10]. 单元类型采用壳单元S4R, 在厚度方向上取 5 个积分点. 图 1(a)显示了有限元模型的几何形状和网格划分. 图 1 限元模型的网格划分和初始缺陷模态