彎曲失穩
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-24
彎曲失穩的實例教程
一、問題描述
在鋼結構中，受壓桿件一般在其達到極限承載力前就會喪失穩定性，所以失穩是鋼結構最為突出的問題。壓桿整體失穩形式可以是彎曲、扭轉和彎扭。鋼構件在軸心壓力作用下，彎曲失穩是常見的失穩形式。而影響軸心受壓構件整體穩定性的主要因素為縱向殘余應力、初始彎曲、荷載初偏心及端部約束條件等。實際的軸心受壓構件往往會存在上述的一種或多種缺陷，導致構件的穩定承載力降低。
本文主要針對任意軸對稱的圓形鋼管截面，利用ABAQUS有限元非線性分析軟件，對其在軸心受壓情況下進行特征值屈曲分析和靜態及動態的非線性屈曲分析（考慮材料彈塑性和初始缺陷的影響）。通過考慮材料非線性、幾何非線性并引入初彎曲，得出構件發生彎曲失穩的極限荷載,并且由彎曲失穩的臨界荷載得出的構件荷載位移曲線。同時再進行非線性分析時，需要施加初始擾動，以幫助非線性分析時失穩，可以通過特征值屈曲分析得到的初始彎曲模態來定義初始缺陷；最后由可以將特征值屈曲分析得到的臨界荷載作為非線性屈曲分析時所施加荷載的參考。
二、結構模型
用ABAQUS中的殼單元建立軸心受壓模型，采用SI國際單位制（m）。
1.構件的材料特性： E=2.0E11N/m2，μ=0.3， fy=2.35E8N/m2 ，ρ=7800kg/m3 ，鋼管半徑：60mm，厚度：3mm，長度：2.5m。
2.鋼管的截面尺寸及鋼管受到的約束和荷載施加的模型圖如圖2-1及圖2-2所示。
展開 <a href="/major/ABAQUS與Midas Civil 在屈曲分析的對比
[摘耍]本文是基于Abaqus和Midas Civil采用梁單元，對實腹矩形截面構件在軸心受壓情況下發生彎曲失穩的線性屈曲分析。通過考慮材料線性得出構件發生彎曲失穩的特征值。通過保持構件的截面、長度和荷載不變，只改變邊界條件，進而實現得到不同邊界條件彎曲失穩的特征值，用兩種仿真軟件進行比較，供計算屈曲的參考。
[關鍵詞] 特征值 屈曲
1、 計算機配置情況
2、 計算時間
第一種工況
第二種工況
3、 模型參數：
構件尺寸（單位：mm）：
1500×1000×250
材料屬性：
彈性模量:1.0×10-2tonf/mm
荷載：
軸向載荷集中荷載1tonf，不考慮材料自重。
展開 為提高軸心受壓構件的整體穩定，在桿件截面面積不變的情況下，桿件截面
的形式應使其面積分布（ B ）
A．盡可能集中于截面的形心處 B．盡可能遠離形心
C．任意分布，無影響 D．盡可能集中于截面的剪切中心
19.梁整體失穩的方式為（ D ）
A.彎曲失穩 B.剪切失穩
C.扭轉失穩 D.彎扭失穩
20、對于直接承受動力荷載的結構，宜采用 C 。
A、焊接連接； B、普通螺栓連接；
C、摩擦型高強度螺栓連接； D、承壓型高強度螺栓連
21.當僅討論截面形式對軸心受壓桿的失穩影響時，一般來說，圖示的四種截面中最易發生扭轉失穩的截面為（ ）
22. 雙軸對稱焊接工字形單向壓彎構件，若彎矩作用在強軸平面內而使構件繞弱軸彎曲，則此構件可能出現的整體失穩形式是( )
A.平面內的彎曲屈曲 B.扭轉屈曲
C. 平面外的彎扭屈曲 D. 平面內的彎曲屈曲或平面外的彎扭屈曲
23.格構式軸心受壓構件的整體穩定計算時，由于（ ），因此以換算長細比x代替x。
展開 只有連墻件在主節點附近方能有效的阻止腳手架發生橫向彎曲失穩或傾覆，若遠離主節點設置連墻件，因立桿的抗彎剛度較差，將會由于立桿產生局部彎曲，減弱甚至起不到約束腳手架橫向變形的作用。
2.應從底層第一步縱向水平桿處開始設置，當該處設置有困難時，應采用其它可靠措施固定；
3.連墻件必須采用可承受拉力和壓力的構造。
4.對高度 24m以上的雙排腳手架，必須采用剛性連墻件與建筑物可靠連接
5.開口型腳手架的兩端必須設置連墻件，連墻件的垂直間距不應大于建筑物的層高，并且不大于4m。
6.連墻件中的連墻桿或拉筋宜呈水平設置，當不能水平設置時，與腳手架連接的一端應下斜連接，不應采用上斜連接；連墻件必須采用可承受拉力和壓力的構造。
剪刀撐構造要求
雙排腳手架應設剪刀撐與橫向斜撐，單排腳手架應設剪刀撐。
剪刀撐的設置應符合下列規定：
1.每道剪刀撐跨越立桿的根數宜按規定確定。每道剪刀撐寬度不應小于 4跨，且不應小于 6m，斜桿與地面的傾角宜在 45～60 度之間。
2.剪刀撐斜桿的接長應采用搭接或對接。
3.高度在24m及以上的雙排腳手架應在外側全立面連續設置剪刀撐；高度在24m以下的單、雙排腳手架，均必須在外側兩端、轉角及中間間隔不超過15m的立面上，各設置一道剪刀撐，并應由底至頂連續設置。
展開 只有連墻件在主節點附近方能有效的阻止腳手架發生橫向彎曲失穩或傾覆，若遠離主節點設置連墻件，因立桿的抗彎剛度較差，將會由于立桿產生局部彎曲，減弱甚至起不到約束腳手架橫向變形的作用。
2.應從底層第一步縱向水平桿處開始設置，當該處設置有困難時，應采用其它可靠措施固定；
3.連墻件必須采用可承受拉力和壓力的構造。
4.對高度 24m以上的雙排腳手架，必須采用剛性連墻件與建筑物可靠連接
5.開口型腳手架的兩端必須設置連墻件，連墻件的垂直間距不應大于建筑物的層高，并且不大于4m。
6.連墻件中的連墻桿或拉筋宜呈水平設置，當不能水平設置時，與腳手架連接的一端應下斜連接，不應采用上斜連接；連墻件必須采用可承受拉力和壓力的構造。
剪刀撐構造要求
雙排腳手架應設剪刀撐與橫向斜撐，單排腳手架應設剪刀撐。
剪刀撐的設置應符合下列規定：
1.每道剪刀撐跨越立桿的根數宜按規定確定。每道剪刀撐寬度不應小于 4跨，且不應小于 6m，斜桿與地面的傾角宜在 45～60 度之間。
2.剪刀撐斜桿的接長應采用搭接或對接。
3.高度在24m及以上的雙排腳手架應在外側全立面連續設置剪刀撐；高度在24m以下的單、雙排腳手架，均必須在外側兩端、轉角及中間間隔不超過15m的立面上，各設置一道剪刀撐，并應由底至頂連續設置。
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非線性擬協調固體殼單元的應用
非線性擬協調固體殼單元憑借其高精度、高效率及良好的適應性，在多個工程領域和學術研究中展現出廣泛的應用前景，主要包括以下幾個方面：
（一）幾何非線性問題分析
大變形薄板殼結構
在薄板的大撓度彎曲、薄殼的失穩分析中，非線性擬協調固體殼單元能準確捕捉結構的幾何非線性響應。
<a href="/major/ABAQUS與Midas Civil 在屈曲分析的對比
[摘耍]本文是基于Abaqus和Midas Civil采用梁單元，對實腹矩形截面構件在軸心受壓情況下發生彎曲失穩的線性屈曲分析。通過考慮材料線性得出構件發生彎曲失穩的特征值。
A彎曲失穩 B扭轉失穩 C剪切失穩 D彎扭失穩
8、? 某角焊縫T形連接的兩塊鋼板厚度分別為8mm和10mm，合適的焊角尺寸為（ B ）。
A 4mm B 6 mm C 10mm D 12mm
9、計算直接承受動力荷載的工字型截面梁抗彎強度時，取值為（ A ）。
圖5 平鍛制坯工藝模擬成形過程步驟圖
平鍛制坯工藝改進
根據上述模擬分析得出第一道頂鐓過程中會出現頂鐓失穩彎曲缺陷，平鍛頂鐓工藝制坯得不到合理的形狀，給后續閉式胎模鍛成形帶來很大的質量隱患，盤面出現環形折疊缺陷，較深的導致鍛件報廢。對平鍛頂鐓工藝制坯進行工藝改進，經過優化的平鍛頂鐓工藝制坯成形工步圖如圖6 所示。
只有連墻件在主節點附近方能有效的阻止腳手架發生橫向彎曲失穩或傾覆，若遠離主節點設置連墻件，因立桿的抗彎剛度較差，將會由于立桿產生局部彎曲，減弱甚至起不到約束腳手架橫向變形的作用。
2.應從底層第一步縱向水平桿處開始設置，當該處設置有困難時，應采用其它可靠措施固定；
3.連墻件必須采用可承受拉力和壓力的構造。
只有連墻件在主節點附近方能有效的阻止腳手架發生橫向彎曲失穩或傾覆，若遠離主節點設置連墻件，因立桿的抗彎剛度較差，將會由于立桿產生局部彎曲，減弱甚至起不到約束腳手架橫向變形的作用。
2.應從底層第一步縱向水平桿處開始設置，當該處設置有困難時，應采用其它可靠措施固定；
3.連墻件必須采用可承受拉力和壓力的構造。
壓桿整體失穩形式可以是彎曲、扭轉和彎扭。鋼構件在軸心壓力作用下，彎曲失穩是常見的失穩形式。而影響軸心受壓構件整體穩定性的主要因素為縱向殘余應力、初始彎曲、荷載初偏心及端部約束條件等。實際的軸心受壓構件往往會存在上述的一種或多種缺陷，導致構件的穩定承載力降低。
只有連墻件在主節點附近方能有效的阻止腳手架發生橫向彎曲失穩或傾覆，若遠離主節點設置連墻件，因立桿的抗彎剛度較差，將會由于立桿產生局部彎曲，減弱甚至起不到約束腳手架橫向變形的作用。
2.應從底層第一步縱向水平桿處開始設置，當該處設置有困難時，應采用其它可靠措施固定；
3.連墻件必須采用可承受拉力和壓力的構造。
薄板剛度小，焊接過程中易產生彎曲變形，甚至失穩發生波浪變形，從而嚴重影響焊接結構的精度和質量，導致產品質量隱患. 薄板單面密集焊縫結構在薄板的單面密集分布著多條焊縫，其焊接變形具有復雜性、多元性. 多條焊縫的焊接順序、焊接方向選擇直接影響到薄板焊后形狀，控制不當極易引起產品質量隱患.
薄板剛度小，焊接過程中易產生彎曲變形，甚至失穩發生波浪變形，從而嚴重影響焊接結構的精度和質量，導致產品質量隱患. 薄板單面密集焊縫結構在薄板的單面密集分布著多條焊縫，其焊接變形具有復雜性、多元性. 多條焊縫的焊接順序、焊接方向選擇直接影響到薄板焊后形狀，控制不當極易引起產品質量隱患. 合理的設計薄板焊接順序方案，對于控制薄板焊接變形和薄板結構的安全應用非常重要.
