【摘 要】
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与普通钢材相比,高强钢构件的屈服强度更高,在工程建设领域合理采用高强钢能够减小构件的截面尺寸和自重,增大结构跨度和高度。然而,随着钢材屈服强度的提高,钢结构稳定的问题也更突出,高强钢结构可能在荷载尚未达到极限强度之前发生整体失稳或者局部失稳破坏。目前,国内外对高强钢局部稳定的研究主要集中在轴心受压构件和焊接工字形截面压弯构件,对于焊接箱形截面梁的研究相对较少。本文主要对高强钢焊接箱形截面受弯构件腹
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与普通钢材相比,高强钢构件的屈服强度更高,在工程建设领域合理采用高强钢能够减小构件的截面尺寸和自重,增大结构跨度和高度。然而,随着钢材屈服强度的提高,钢结构稳定的问题也更突出,高强钢结构可能在荷载尚未达到极限强度之前发生整体失稳或者局部失稳破坏。目前,国内外对高强钢局部稳定的研究主要集中在轴心受压构件和焊接工字形截面压弯构件,对于焊接箱形截面梁的研究相对较少。本文主要对高强钢焊接箱形截面受弯构件腹板的局部稳定性能进行研究,主要的研究内容和结论如下:(1)利用有限元软件ANSYS,建立考虑钢材强度等级、初始几何缺陷、残余应力、材料非线性的壳单元精细化有限元模型。本文详细阐述了有限元模型的建模过程和分析求解过程,对目前已有的相关试验试件进行数值模拟,通过有限元计算结果与文献中相关试验结果进行对比分析,验证了所采用有限元模型的科学性和有效性。(2)在此基础上,通过选择合理的构件参数,分析研究了翼缘宽厚比、腹板高厚比、钢材强度等级、钢材极限应变,钢材弹性模量、屈强比、残余应力和初始几何缺陷的变化对高强钢焊接箱形梁局部稳定性能的影响。(3)将有限元分析结果和国内外四部规范(中国《钢结构设计标准》GB50017-2017)、欧洲规范Eurocode 3、美国规范ANSI/AISC 360-16和日本规范(AIJ LSD 2010)进行对比,结果表明《钢结构设计标准》GB50017-2017和欧洲规范Eurocode 3的计算结果比较接近;前三部规范的截面分类均按照宽厚比小于限值划分板件等级,再根据板件的最大等级划分截面等级。日本规范则综合考虑了翼缘和腹板宽厚比对构件受弯性能的影响。在有限元分析的基础上,基于欧洲规范的四类截面分类标准,综合考虑焊接箱形梁的承载能力和转动变形能力,提出了适用于高强钢焊接箱形截面受弯构件同时考虑翼缘宽厚比和腹板高厚比的截面分类限值公式。(4)基于钢结构设计标准和有限元参数分析结果,进一步提出了纯弯荷载作用下考虑板件屈曲后强度的极限承载力的修正建议公式。将极限承载力的公式计算值与有限元模拟值进行对比,发现二者吻合良好。
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