冷成型钢构件由于加工方便性和构件经济性得到了越来越多的应用,随着加工技术的进步,冷成型钢构件的壁厚也越来越大,有远大于传统的冷成型构件壁厚的趋势。目前,国内外对厚壁冷成型钢构件研究甚少,因此,对其性能的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。 本文就壁厚增加后面临的关键问题之一——冷成型残余应力分布规律进行了研究。由于目前还缺乏简便、高效、准确的残余应力检测方法,本文从理论上寻求突破,将冷成型残余应力形成过程模拟成大变形加载(弯曲)和反向卸载(回弹)过程。利用塑性理论求出弯曲应力场的理论解;运用有限元分析软件ANSYS进行回弹模拟计算,得到回弹应力场;然后将两种过程产生的应力场迭加便可求得冷成型残余应力场。 提出冷成型残余应力理论分析方法后,通过与国内外冷成型钢残余应力的实测值进行分析比较,验证了该方法的正确性。进而,利用该理论分析方法对弯角为90度的厚壁冷成型钢残余应力进行了分析,得到了其影响因素与分布规律:冷成型残余应力大小和分布与厚度、相对弯曲半径r/t相关;纵向残余应力沿厚度自内外壁向中性层增大,分布比较平缓,不同于冷成型薄壁构件中假定沿厚度方向呈线性分布的规律;切向残余应力分布呈“之”字形分布,单点数值最大;径向残余应力整体数值不大,对结构承载力影响较小。从而,为进一步试验研究和分析冷成型残余应力对厚壁冷成型钢构件性能的影响奠定了理论基础。 残余应力的存在使得钢结构构件中某些部位提前进入了塑性状态,降低了构件的屈曲承载力,而目前在钢结构构件屈曲承载力计算中,尚未找到一种很好的方法来直接考虑残余应力的影响。随着计算机普及应用和数值分析方法的不断发展,可以通过计算机建立与实际吻合的构件模型,较准确、快捷地计算出残余应力影响下的轴压构件屈曲承载力。因此,本文在分析得到厚壁冷成型钢残余应力分布规律的基础上,运用大型有限元软件ANSYS建立接近实际的厚壁卷边槽钢弯角处冷成型残余应力模型,创建了能够描述残余应力大小及分布的初应力文件,并将残余应力作为初应力加入到有限元模型中,分析了残余应力对厚壁冷成型卷边槽钢柱屈曲承载力的影响,并与无残余应力厚壁冷成型卷边槽钢柱屈曲承载力进行了对比分析,研究表明残余应力的存在降低了厚壁冷成型卷边槽钢柱的屈曲承载力,且残余应力的影响随着长细比的增大而增大。