钢结构的平面外稳定 修订版2025|PDF|Epub|mobi|kindle电子书版本百度云盘下载

钢结构的平面外稳定 修订版PDF格式电子书版下载

注意：本站所有压缩包均有解压码： 点击下载压缩包解压工具

第1章 开口薄壁构件的线性理论1

1.1薄壁构件的工程应用1

1.2任意开口薄壁截面构件的弯曲3

1.2.1坐标系3

1.2.2基本假定3

1.2.3弯曲时的正应力4

1.2.4弯曲时的剪应力5

1.2.5剪切中心6

1.3薄壁截面构件的自由扭转和翘曲变形10

1.4开口薄壁截面构件的约束扭转13

1.5截面性质算例：货架截面和斜卷边Z形截面18

1.6约束扭转问题的求解21

1.7求解约束扭转问题的矩阵位移法26

1.8开口薄壁截面构件的弯曲和扭转联合作用28

1.8.1纵向位移和线性应变28

1.8.2微元体的应力及其平衡状态29

1.8.3弯曲理论和扭转理论公式的汇总和比较30

1.8.4线性分析的势能表达式32

1.9横向正应力对薄壁构件强度的影响34

1.9.1工字形截面上横向正应力的分布34

1.9.2横向正应力对截面强度的影响37

1.10次翘曲39

1.11上下翼缘是变厚度的截面42

习题45

参考文献48

第2章 闭口薄壁构件和檩条的弯扭49

2.1闭口薄壁截面构件弯曲时的剪应力及其剪切中心49

2.2闭口薄壁截面构件的自由扭转和翘曲变形51

2.3闭口薄壁截面构件的约束扭转52

2.4多室闭口截面构件的自由扭转54

2.5开口和闭口薄壁截面梁抗扭计算算例56

2.6闭口截面构件沿长度规则开孔时的弯曲和扭转57

2.6.1弯曲和剪切中心57

2.6.2自由扭转60

2.6.3约束扭转62

2.7工字形梁端部的翘曲加强64

2.7.1端板和端部管件对梁翘曲变形的约束64

2.7.2梁端侧板的翘曲约束64

2.7.2.1力法分析65

2.7.2.2缀板的翘曲约束刚度67

2.8绕强迫轴的弯扭：C形截面简支檩条在风吸力下的应力分析70

2.9绕强迫轴的弯扭：Z形截面简支檩条在风吸力下的应力分析74

2.10绕强迫轴的弯扭：跨中设有拉条的简支檩条的应力和变形80

2.10.1拉条简化为侧向支撑的刚度81

2.10.2 C形截面檩条双向弯曲和扭转分析83

2.10.3有限元法验证双向弯扭模型84

2.10.4畸变应力计算模型88

2.11绕定点的弯扭—Z形截面檩条跨中设拉条时的分析92

2.11.1双向弯扭分析92

2.11.2拉条反力和屋面板反力，截面正应力沿檩条跨度方向的分布93

2.11.3各种方法与FEM结果的对比94

习题96

参考文献96

第3章 压杆和压弯杆的弯扭失稳98

3.1轴压杆的扭转屈曲98

3.1.1 Wagner效应和扭转屈曲微分方程98

3.1.2边界条件非齐次的压杆的扭转屈曲99

3.1.3残余应力对于压杆扭转屈曲的影响101

3.2单轴对称截面压杆的弯扭失稳102

3.3无对称轴截面压杆的弯扭失稳105

3.4单轴对称截面压弯杆的弯扭屈曲107

3.5任意截面双向压弯构件的二阶弹性分析109

3.5.1平衡微分方程109

3.5.2两端铰支双向压弯构件的求解111

3.5.3承载力的上限115

3.6非形心主轴坐标系下的压杆117

3.7有初始变形的压弯杆118

3.7.1轴心压杆扭转变形118

3.7.2单轴对称截面轴心压杆118

3.7.3纯弯梁119

3.7.4双轴对称截面单向压弯120

3.8单轴对称截面压弯杆的弹塑性弯扭屈曲120

习题121

参考文献122

第4章 板件和薄壁截面的线性屈曲理论及其应用123

4.1板件屈曲的平衡微分方程123

4.1.1薄板弯曲理论简单回顾123

4.1.2板件屈曲的平衡微分方程124

4.2纵向均匀受压板件的屈曲126

4.2.1四边简支板126

4.2.2两纵边一边简支一边自由的板件128

4.2.3其他边界条件下板件的屈曲129

4.2.4双向受压四边简支板的屈曲132

4.3板屈曲问题的总势能及其变分133

4.4能量法应用举例135

4.4.1三边简支，一纵向边自由的板承受纵向均布压应力135

4.4.2四边简支矩形板纯剪时的屈曲136

4.4.3矩形板非均匀压缩失稳138

4.4.4轴压应力和剪切应力的联合作用142

4.4.5弯曲应力和剪切应力的共同作用142

4.4.6其他联合作用情况143

4.5截面的局部屈曲144

4.5.1工字形截面轴压杆的局部屈曲144

4.5.2工字形截面纯弯下的局部稳定性147

4.5.3工字形截面压弯荷载下的屈曲148

4.5.4轴心受压箱形截面的局部屈曲150

4.5.5箱形截面在纯弯作用下的局部稳定性152

4.5.6箱形截面压弯时的局部稳定性154

4.5.7 T形截面的局部屈曲155

4.6工字钢梁腹板的剪切屈曲158

4.6.1翼缘对腹板的约束和分析方法介绍158

4.6.2两边简支，两边固支矩形板的剪切屈曲分析159

4.6.3三边简支，一边固支矩形板160

4.6.4工字梁腹板的剪切屈曲161

4.6.4.1有限元模型介绍161

4.6.4.2约束参数k的确定161

4.6.4.3工字梁腹板的剪切屈曲系数162

4.7吊车梁腹板局部承压应力分析164

4.7.1引言164

4.7.2理论分析165

4.7.2.1数值分析模型165

4.7.2.2 Winkle弹性地基梁理论分析166

4.7.2.3参数影响分析167

4.7.2.4半无限平面上的Timoshenko梁模型169

4.7.2.5回归公式173

4.7.3承压应力在腹板内的分布175

4.7.3.1承压应力沿高度的变化175

4.7.3.2承压应力在腹板计算高度边缘沿梁纵向的分布176

4.8局部荷载作用下工字梁腹板的弹性屈曲分析177

4.8.1问题背景177

4.8.2四边简支板的屈曲分析177

4.8.3两横向边简支，两纵向边固支的矩形板178

4.8.4三边简支，一边固支矩形板179

4.8.5工字梁腹板在局部荷载作用下的弹性屈曲180

4.9工字梁腹板在轮压荷载作用下的弹性屈曲182

4.9.1工字梁腹板计算高度边缘竖向压应力的分布参数182

4.9.2简支矩形板183

4.9.3两横向边简支，两纵向边固支的矩形板185

4.9.4工字梁腹板弹性屈曲系数185

4.10考虑翼缘约束的工字形截面腹板的受弯弹性屈曲187

4.10.1翼缘对腹板承受压弯应力时的屈曲约束作用187

4.10.2仅考虑压应力较小侧翼缘的约束作用187

4.10.3工字梁腹板在弯矩和剪力共同作用下的弹性屈曲189

4.11四边简支板单侧局部承压与弯曲应力的联合作用190

4.12四边简支板单侧局部承压与剪应力相关关系193

4.13局部承压、剪切与弯曲联合作用下的稳定性195

习题199

参考文献200

第5章 受弯薄壁构件的弯扭失稳理论203

5.1回顾：屈曲问题的变分原理203

5.2薄壁截面梁的弯扭屈曲理论的推导204

5.3平衡微分方程及其边界条件208

5.4简支梁的临界弯矩209

5.4.1纯弯简支梁209

5.4.2承受均布荷载的简支梁210

5.4.3承受跨中集中荷载的简支梁213

5.5不等端弯矩作用下简支梁的弯扭屈曲214

5.5.1双轴对称截面梁的等效弯矩系数C1214

5.5.2单轴对称截面梁的等效弯矩系数C1216

5.6板件有限元屈曲分析的结论218

5.6.1单元及有限元模型介绍218

5.6.2分析结果比较220

5.7弹塑性稳定222

5.8钢梁的稳定性设计224

5.9绕强迫轴的扭转失稳226

5.10冷弯Z形截面檩条在风吸力作用下的整体稳定分析228

5.10.1薄壁檩条弯扭屈曲的总势能推导229

5.10.2二阶弹性分析230

5.10.3无拉条Z形截面檩条风吸力下的临界弯矩233

5.11 C形截面檩条在风吸力作用下的稳定分析235

5.11.1上翼缘被约束的C形截面简支檩条平衡微分方程及其求解235

5.11.2无拉条的C形截面简支檩条在风吸力作用下的临界弯矩237

习题239

参考文献241

附录A工字形截面梁横向正应力在截面上积分243

附录B薄壁构件稳定理论的发展历史总结245

B.1背景245

B.2薄壁构件稳定理论的历史剖析246

B.2.1 Bleich及传统理论246

B.2.2不完整的非线性力学的方法249

B.2.3 Pi&Trahair及相关方法249

B.2.4假设中面的总剪应变为零的方法250

B.2.5考虑中面的非线性剪切应变能的方法251

B.2.6假想荷载法252

B.2.7关于现有理论的结论252

附录B参考文献253

第6章 工字形截面悬臂梁的弹性稳定259

6.1引言259

6.2悬臂梁总势能的不同表达形式260

6.2.1传统理论中悬臂梁的总势能260

6.2.2第二种理论的悬臂梁弯扭屈曲总势能260

6.2.3本书的悬臂梁弯扭屈曲理论261

6.3总势能差异对应于不同的荷载作用方式261

6.3.1悬臂梁在纯弯下的屈曲261

6.3.2保守的力矩和非保守的力矩263

6.3.3横向荷载下单轴对称截面悬臂梁的屈曲及其试验265

6.4双轴对称截面悬臂梁的临界荷载267

6.4.1横向荷载作用于截面的剪心268

6.4.2荷载作用点沿高度变化的影响269

6.5悬臂梁在准切线和半切线弯矩下的弯扭屈曲：一个悖论272

6.5.1第一类准切线弯矩273

6.5.2第二类准切线弯矩274

6.5.3半切线弯矩275

6.5.4能量法276

6.5.5悬臂端安置刚性十字架278

习题279

参考文献279

第7章 开口薄壁构件弯扭失稳一般理论281

7.1引言281

7.2任意开口薄壁构件的非线性理论281

7.2.1薄壁构件的位移281

7.2.2任意开口薄壁构件的应变282

7.2.3虚功方程284

7.2.4薄壁构件几何非线性问题的总势能288

7.3薄壁构件几何非线性问题的假想荷载法289

7.3.1薄板单元体的假想荷载289

7.3.2假想荷载法的基本方程291

7.3.2.1 x方向假想分布荷载qxt292

7.3.2.2 y方向假想分布荷载qyt293

7.3.2.3对剪切中心的假想分布扭矩mlz293

7.3.2.4非线性微分方程294

7.3.3外荷载的非线性功不能引入总势能的解释295

7.4壳体理论的推导方法296

7.4.1坐标和位移296

7.4.2有限应变的表达式296

7.4.3壳体内力297

7.4.4总势能300

7.5具有强迫转动轴的扭转失稳302

习题303

参考文献303

第8章 侧向支撑梁的屈曲305

8.1引言305

8.2跨中侧向支撑梁的屈曲305

8.2.1临界方程305

8.2.2完全支撑的门槛刚度308

8.2.2.1仅设置扭转支撑309

8.2.2.2仅设置侧向支撑309

8.2.2.3侧向和扭转支撑同时设置311

8.2.3非完全支撑时的临界弯矩312

8.2.3.1仅设置扭转约束313

8.2.3.2仅设置侧向支撑313

8.2.3.3侧向和扭转约束同时设置314

8.3均匀受力相互支撑的平行梁系的屈曲315

8.3.1临界方程316

8.3.2 n=2的平行梁系316

8.3.3 n≥3的结构319

8.4由剪切膜相互支撑的平行梁系的屈曲321

8.5檩条一隅撑体系支撑的梁的弯扭屈曲323

8.5.1隅撑一檩条支撑体系的约束刚度分析323

8.5.2弯扭稳定分析324

8.5.3算例325

参考文献326

第9章 简支吊车梁的弹性稳定328

9.1引言328

9.2纯弯下平行梁系的屈曲329

9.3跨中集中力作用下平行梁系的屈曲331

9.3.1双轴对称截面梁荷载作用于剪心时的屈曲荷载331

9.3.2单轴对称截面梁的临界弯矩表达式331

9.3.3最不利情况下的临界弯矩333

9.4平行梁系临界弯矩相关关系的近似表达式335

9.5均布荷载作用下平行梁系的稳定性337

9.6水平隅撑支撑的简支梁的屈曲338

9.6.1初步分析338

9.6.2计算公式的提出339

9.6.3公式精度的验证340

9.7弹塑性稳定系数343

参考文献344

第10章 连续梁在移动荷载下的屈曲345

10.1引言345

10.2计算公式的提出346

10.2.1单跨荷载下连续梁的屈曲346

10.2.2两跨荷载相同时连续梁的屈曲347

10.2.3公式结果与有限元结果的比较348

10.2.4两跨荷载不相同时连续梁的临界荷载350

10.3荷载作用的不利位置352

10.3.1一台吊车的荷载作用352

10.3.2两台吊车的荷载组合354

10.4连续吊车梁稳定性计算的实现361

10.5采用连续吊车梁的效益分析363

参考文献364

第11章 侧向支撑压杆的弯扭屈曲366

11.1引言366

11.2偏心支撑的双轴对称截面压杆的弯扭屈曲367

11.2.1屈曲方程367

11.2.2计算结果及其分析368

11.2.2.1情况1：PEy2 ＜ Pω1369

11.2.2.2情况2：Pω2＜Py1371

11.2.2.3情况3 ： PEy1 ＜ Pω1 ＜ PEy2 ＜ Pω2或Py1 ＜ Pω1 ＜ Pω2 ＜ PEy2373

11.2.2.4情况4 ： Pω1 ＜ PEy1 ＜ Pω2 ＜ PEy2374

11.2.3农业温室边柱侧向偏心支撑下的平面外稳定375

11.3斜平面内侧向支撑压杆的屈曲378

11.4 K形支撑的塔架主角钢压杆计算长度381

11.4.1 Kz=0、 K=∞时的计算长度系数μx0382

11.4.2 Kz=∞，K = ∞时的计算长度系数μx0383

11.4.3 K=∞，Kz为有限值时的情形384

11.4.4对计算结果的进一步讨论384

11.5交替支撑塔架主角钢计算长度系数385

11.5.1 K=∞，Kz = 0的计算长度系数μx0388

11.5.2偏心对压杆屈曲荷载的影响389

11.5.3 K=∞，Kz=∞时的计算长度系数μx0389

11.5.4 K=∞，Kz有限值时的情况390

11.5.5对计算结果的进一步讨论390

11.6檩条—隅撑体系支撑的压杆的弯扭屈曲391

11.7由剪切膜相互支撑的压弯杆的屈曲392

参考文献393

第12章 薄壁构件的非线性有限元理论395

12.1引言395

12.2非线性有限元的基本理论396

12.2.1 T.L.格式和U.L.格式396

12.2.2 U.L.格式的增量方程397

12.3薄壁构件的非线性有限元理论398

12.3.1坐标系统398

12.3.2非线性分析的刚体检验399

12.3.3 UL格式的非线性分析采用的应变能400

12.3.4荷载功404

12.3.5刚体检验407

12.3.6弹塑性大变形分析的虚功原理410

12.3.7有限元分析的节点位移和节点力的正负号规定和位移模式411

12.3.8单元刚度矩阵和等效节点力的积分表达式413

12.3.9单元刚度矩阵414

12.3.9.1单元的物理刚度矩阵415

12.3.9.2单元的几何刚度矩阵1416

12.3.9.3单元的几何刚度矩阵2418

12.3.9.4杆端力矩和节点力几何刚度矩阵419

12.3.9.5内力等效节点力422

12.3.9.6外荷载的等效节点力425

12.3.9.7向形心坐标系的转换426

12.4弹性屈曲问题—特征值法427

12.4.1特征值法的基本原理427

12.4.2弹性阶段的单元刚度矩阵427

12.4.3算例验证429

参考文献430

附录A刚度矩阵中的系数矩阵432

附录B薄壁构件非线性分析的总势能补充项的推导434

第13章 翘曲位移在标准梁柱节点的传递442

13.1引言442

13.2梁与柱强轴相连时节点的翘曲位移传递分析443

13.2.1翘曲双力矩作用下梁柱截面扭转变形分析443

13.2.2节点翘曲位移传递的处理方法445

13.2.3各种分析方法结果的比较446

13.2.3.1有限元程序实现方法446

13.2.3.2建议模型和板壳有限元方法结果的比较447

13.3梁与柱弱轴相连时节点的翘曲位移传递分析450

13.4增设斜加劲肋的梁柱节点453

13.4.1梁柱节点翘曲传递的井字梁模型453

13.4.2节点端面的双力矩公式457

13.4.3节点内力与梁柱杆端力的连接459

13.4.4 Γ形框架无斜加劲肋算例461

13.4.5 Γ形框架斜加劲肋算例464

参考文献467

附录A节点域刚度矩阵[Kpanel]和r形框架刚度矩阵[K’m]470

附录B畸变在翼缘产生的扭矩473

第14章 翘曲位移在斜向加劲梁柱节点的传递474

14.1引言474

14.2双力矩作用下梁柱截面扭转变形分析474

14.3梁柱节点处双力矩和翘曲自由度关系的推导475

14.3.1节点几何关系计算476

14.3.2梁柱翼缘及斜向加劲肋的扭矩值计算477

14.3.3梁柱双力矩和翘曲自由度的关系477

14.4解析法和其他分析方法结果的比较479

14.4.1解析解479

14.4.2梁柱等截面垂直相连时的结果比较480

14.4.3梁柱不等截面垂直相连时的结果比较481

14.4.4梁有倾角时的结果比较481

14.5程序实现方法482

14.5.1程序处理方法482

14.5.2程序方法算例483

参考文献484

附录A工字形截面歪曲变形时翼缘的扭矩485

第15章 工字形截面构件的非线性有限元分析488

15.1引言488

15.2几何非线性问题的迭代策略488

15.2.1 Newton-Raphson法的迭代公式488

15.2.2增量—迭代策略489

15.2.2.1基本迭代方法490

15.2.2.2荷载步和迭代步的荷载增量策略491

15.3应力—应变关系的求解492

15.3.1截面积分点492

15.3.2应力增量的确定492

15.3.3应力—应变关系的程序实现494

15.4空间坐标转换495

15.5算法实现的步骤498

15.6算例分析499

15.6.1弹性大变形问题499

15.6.2弹塑性大变形问题500

参考文献502

第16章 楔形工字钢梁的弹性弯扭屈曲504

16.1楔形变截面构件的应力504

16.1.1坐标系504

16.1.2正应力及其合力505

16.1.3横向荷载作用下的剪应力506

16.1.4横向正应力509

16.2楔形变截面构件弯扭失稳时的线性应变能509

16.2.1变截面梁的自由扭转509

16.2.2变截面梁的翘曲扭转510

16.2.3绕弱轴的弯曲512

16.3楔形变截面梁弯扭屈曲时的非线性应变能513

16.3.1非线性应变513

16.3.2纵向应力的非线性正应变能515

16.3.3剪应力的非线性应变能517

16.3.4横向正应力的非线性应变能519

16.4楔形变截面梁段的弯扭失稳521

16.4.1弯扭屈曲的总应变能521

16.4.2楔形变截面梁段的弯扭失稳计算522

16.5楔形变截面梁的弹塑性弯扭失稳524

16.5.1计算公式的构建524

16.5.2直线型残余应力526

16.5.3抛物线型残余应力529

16.6楔形变截面压弯杆弯矩作用平面外稳定531

16.6.1各种压弯杆平面外稳定验算公式对比531

16.6.2有限元弹塑性分析结果与规范公式的对比533

16.6.3算例分析与拟合公式534

16.6.3.1直线型残余应力534

16.6.3.2抛物线型残余应力537

参考文献540

第17章 框架梁负弯矩区下翼缘的屈曲542

17.1引言542

17.2弹性畸变屈曲544

17.2.1纯弯下的弹性临界荷载544

17.2.2考虑支承条件的修正547

17.2.3弯矩线性变化的修正547

17.2.4简化计算549

17.2.5弹塑性畸变屈曲550

17.3阻止畸变失稳的构造措施551

17.3.1欧洲规范EC4规定的可以不验算畸变失稳的构造措施551

17.3.2设置横向加劲肋552

17.4有轴力作用的梁553

参考文献554

第18章 单向均布受压矩形薄板的弹性屈曲后强度555

18.1板具有屈曲后强度和刚度的机理555

18.2板大挠度分析理论557

18.3四边简支板单向受压的屈曲后分析559

18.4非加载边是其他约束的板件的屈曲后分析563

18.5三边简支一边自由的板件的屈曲后分析567

18.6局部屈曲后板件的自由扭转刚度571

18.7板件的弹塑性极限抗压承载力573

18.8局部屈曲和整体屈曲的相互作用574

参考文献576

第19章 冷弯型钢截面的畸变屈曲578

19.1引言578

19.2边缘加劲板件的屈曲578

19.2.1边缘加劲肋对称布置578

19.2.2应用于卷边加劲的情况582

19.3 C形截面轴心压杆的局部和畸变屈曲586

19.4畸变屈曲的绕定点扭转屈曲模型589

19.4.1对称加劲589

19.4.2卷边加劲590

19.5双向弯扭屈曲模型591

19.6腹板提供的转动和侧移约束595

19.6.1腹板均匀受压时595

19.6.2 C形截面受弯时腹板对翼缘和卷边的侧移和转动约束596

19.7 C形截面受弯时的翼缘和卷边畸变屈曲应力计算599

19.8不同斜卷边檩条的局部屈曲和畸变屈曲601

19.8.1有限元数值分析601

19.8.2直角卷边槽形截面和Z形截面屈曲荷载对比602

19.8.3翼缘屈曲系数和卷边角度的关系603

19.9 C形截面受弯时的“腹板和翼缘”畸变屈曲应力计算605

参考文献605