初始缺陷对矩形钢管混凝土柱壁板屈曲后强度的影响

发布时间：2021-01-29 00:35

　　为了研究焊接残余应力和几何初始缺陷对矩形钢管混凝土柱壁板屈曲后强度的影响,采用有限元软件ABAQUS进行参数分析,参数包括壁板的屈服强度、宽厚比、几何初始缺陷取值大小、是否施加几何初始缺陷和焊接残余应力,并考虑两者耦合作用,给出考虑焊接残余应力和几何初始缺陷后的矩形钢管混凝土柱壁板有效宽度计算公式,并与试验数据进行比较。结果表明:建立的有限元模型能较好地模拟壁板的局部屈曲和屈曲后行为,焊接残余应力和几何初始缺陷都会降低壁板屈曲后强度,且焊接残余应力的影响较大;不同强度等级的钢材都需要考虑焊接残余应力和几何初始缺陷的影响,对于屈服强度大于460 MPa的高强钢材,当宽厚比大于65时,可以忽略几何初始缺陷的影响;给出的有效宽度计算公式可以较为准确且偏保守地预测矩形钢管混凝土柱壁板屈曲后强度。 

【文章来源】：建筑科学与工程学报. 2020,37(05)北大核心

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

矩形钢管混凝土柱箱型截面

焊接残余应力分布模式可用图2来表示(σrt为残余拉应力,σrc为残余压应力,α和β为残余拉应力分布几何形状的2个尺寸参数。),当α/β=0时,表示残余拉应力具有三角形图形的应力分布,残余压应力具有梯形的应力分布;当0<α/β<1时,表示残余拉应力和残余压应力均具有梯形的应力分布;当α/β=1时,表示残余拉应力和残余压应力均具有矩形的应力分布。对于不同的α/β取值,焊接残余应力对壁板屈曲的影响是不同的。已有文献[6-7,11,25-27]在有限元建模时也考虑了焊接残余应力的影响,焊接残余应力分布模式多是采用Uy[14,16,28]提出的矩形焊接残余应力分布模型,如图3所示,此时α/β=1,残余压应力的取值范围一般为0.1fy～0.3fy,以0.2fy居多,残余拉应力的大小一般取钢材的屈服强度fy。文献[19-20]通过实测表明残余压应力的大小与壁板宽厚比有关,因此按照上述焊接残余应力分布模式选取对于本文研究不太精确。

已有文献[6-7,11,25-27]在有限元建模时也考虑了焊接残余应力的影响,焊接残余应力分布模式多是采用Uy[14,16,28]提出的矩形焊接残余应力分布模型,如图3所示,此时α/β=1,残余压应力的取值范围一般为0.1fy～0.3fy,以0.2fy居多,残余拉应力的大小一般取钢材的屈服强度fy。文献[19-20]通过实测表明残余压应力的大小与壁板宽厚比有关,因此按照上述焊接残余应力分布模式选取对于本文研究不太精确。本文采用Song等[22]提出的焊接残余应力分布模式,如图4所示(a1表示残余拉应力取值线形变化区域,a2表示残余压应力分布区域),残余拉应力存在焊缝附近,残余压应力则存在其他区域与残余拉应力自平衡,焊接残余应力分布模式中的参数根据Ban等[29]的研究成果确定,并采用Shi等[8]提出的残余压应力和残余拉应力取值,式(1)中残余拉应力取值的合理性在于:对于普通强度钢材,由于强度较低,焊接截面的残余拉应力一般接近钢材强度;对于高强钢材,残余拉应力的取值则较实测值高,因此,截面其他部位的残余压应力数值和分布范围更大,对于构件的稳定性是不利的,偏于安全。式(1)中残余压应力取值是由一系列不同钢材等级的实测残余压应力值拟合而来的,其中包括屈服强度为235,460,690,960 MPa的钢材。


本文编号：3005965