《基於總勢能完備性的鋼構件彎扭屈曲設計理論研究》是依託蘭州大學，由劉占科擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於總勢能完備性的鋼構件彎扭屈曲設計理論研究
- 依託單位：蘭州大學
- 項目負責人：劉占科
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鋼構件彎扭屈曲具有突發性及災難性，會引起建築物整體倒塌並造成人民生命、財產的巨大損失；因此各國設計標準均以大量篇幅指導鋼構件彎扭屈曲的設計。然而由於彎扭屈曲問題的複雜性和研究對象的多樣性，理論成果和設計標準均處於爭議狀態，導致理論難以統一和設計標準無法協調。本項目擬採用理論推導、試驗研究和有限元模擬相結合的方法研究鋼構件彎扭屈曲的設計理論。本項目首先提出了總勢能完備性的概念和研究鋼構件彎扭屈曲的新能量法，並採用新能量法推導完備的鋼構件彎扭屈曲總勢能方程和平衡微分方程；其次分別推導鋼樑和鋼壓彎構件彎扭屈曲荷載的通用計算公式和重要荷載類型、典型邊界條件下屈曲荷載通用設計公式中各係數的數值；最後通過試驗研究和有限元模擬驗證理論分析的正確性，為統一和完善我國鋼結構相關設計標準中彎扭屈曲設計理論提供可靠依據。本項目在豐富結構分析方法、統一彎扭屈曲理論研究、協調設計標準上具有重要的科學價值。
結題摘要
鋼構件彎扭屈曲具有突發性及災難性，會引起建築物整體倒塌並造成人民生命、財產的巨大損失。然而，由於彎扭屈曲問題的複雜性和研究對象的多樣性，當前的理論成果尚未統一，而設計標準不盡一致。 本項目基於鋼構件彎扭屈曲總勢能的完備性，即不多算、不漏算或不重複計算總勢能的勢能項，研究了鋼構件彎扭屈曲的基本理論和設計方法。（1）修正符拉索夫的“中面剪應變為零假定”為“中面線性剪應變為零假定”並給出了其計算式，採用能量法嚴格推導了線性剪應變能和外荷載勢能，得到了複合荷載作用下完備的彎扭屈曲總勢能。依據完備的彎扭屈曲總勢能簡化得到了完備的鋼樑彎扭屈曲總勢能。（2）推導了非形心主軸坐標系下不對稱參數的積分公式，由不對稱參數的積分公式推導了不對稱參數的通用求和公式，進而化簡得到單軸對稱截面不對稱參數的求和公式，給出了部分常用截面的βx和（或）βy的精確計算式或近似計算式，建立了不對稱參數公式計算精度的判定準則。（3）建立了複合荷載作用下鋼樑彎扭屈曲臨界彎矩的計算理論，統一了單一荷載、複合荷載下臨界彎矩的計算公式。（4）建立了等效彎矩係數的計算理論，推導了7種常見工況下Cb的理論計算式和6種常見工況的Cb實用計算式，提出了Cb計算式的選用準則。（5）分析了複合荷載作用下鋼樑的失穩機理，指出了橫向荷載與端彎矩共同作用下鋼樑的臨界彎矩Mcr隨端彎矩比例係數β的增大具有複雜的變化趨勢，當1 ≤ β ≤ 2時臨界彎矩可達到最大值。 本項目的研究成果統一了推導鋼構件彎扭屈曲總勢能方程的能量法，為修訂《鋼結構設計規範》GB 50017—2003和《冷彎薄壁型鋼結構技術規範》GB 50018—2002的相關設計條文提供了統一的理論依據，建立的複合荷載作用下鋼樑彎扭屈曲臨界彎矩和等效彎矩係數的計算理論解決了長期以來無法計算該類穩定問題的公式的困境，豐富了鋼樑穩定的設計方法。
