Q235及Q345轴压钢构件可靠度分析
发布时间：2021-06-08 15:45
《钢结构设计标准》GB50017-2017对钢材设计值进行修订,提高了Q235及Q345钢材的抗力分项系数,《建筑结构可靠性设计统一标准》GB50068-2018对作用计算公式进行修订取消了永久荷载起控制作用的情况并提高了荷载分项系数。以上规范的修订会对钢结构的可靠性水平产生影响,基于此本文对钢结构可靠度进行分析。具体工作如下:（1）根据2012年中冶建筑研究院对钢材屈服强度,钢板几何参数的统计参数,采用改进的一次二阶矩法计算了6种不同荷载组合作用下的9种受力类型的钢结构可靠度。对比规范修订对钢结构可靠度产生的影响。（2）将轴压构件强度的可靠性水平与稳定的可靠性水平分开考虑。为了获得轴心受压构件承载力的分布参数,本文采用随机有限元方法,建立考虑材料屈服强度、弹性模量、初始几何缺陷和几何参数的变异性,及规范组建议的残余应力模式和峰值的有限元分析模型。通过试验数据验证有限元模型的准确性。考虑2种钢材牌号,2种截面类型（工字形、箱形）、2种失稳模式（绕强轴失稳、绕弱轴失稳）、10种不同的长细比（0.3,0.5……2.1）通过随机抽样和有限元分析计算,获得了具有统计意义的轴心受压构件承载力结果...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
可靠指标的几何意义将极限状态面z0转换到标准正态Y空间中，可得式(2-17).
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-27-缺陷，选取不同的残余应力模式，将残余应力作为初始应力（INISTATE）输入到单元积分点。最后，施加轴向荷载，打开大变形开关，采用弧长法，对构件进行非线性屈曲分析，即可得到构件的极限承载力。图3-1有限元分析流程3.2.1模型建立3.2.1.1单元选择单元的选取与构件的失稳类型有关，SHELL181单元称为4节点有限应变壳单元，可以模拟薄壳至中等厚度壳结构，非常适用于大转动、大变形的非线性分析。该单元每个节点有6个自由度，即沿节点坐标系x,y,z的平动位移和绕各轴的转动位移。SHELL181单元可以模拟构件的整体失稳和局部屈曲破坏，并且支持输入残余应力作为构件的初始应力。对于整体弯曲屈曲破坏的构件，BEAM188三维线性有限梁单元也可以很好的模拟构件的屈曲破坏，但在试算中发现，BEAM188单元对构件截面尺寸的适用性没有SHELL181单元普遍。因此本文采用SHELL181单
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-29-(a)工字钢有限元模型(b)箱形截面有限元模型图3-3轴心受压构件有限元模型3.2.1.2材料属性材料的本构关系采用有屈服平台的多折线材料本构模型。抗拉强度采用材料标准《低合金高强度结构》GB/T1591-2018及《碳素结构钢》GB/T700-2006所规定的下限值。钢材的屈服平台末端应变st和极限应变u参考文献[36]，如表3-1所示。弹性模量根据材料标准选取，Q235及Q345钢均为3220610N/mm。图3-4材料本构模型表3-1材料本构模型参数强度等级yfufystuQ235235370fy/E2.5%20%Q345345470fy/E2.5%20%3.2.1.3约束与荷载由于SOILD185单元仅有平动自由度，因此耦合端板与试件重合节点的所有自由度时，端板不会约束轴心受压构件端部板件的转动，可以用以模拟构件与端板ustfyMPAfuy
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同规范中钢材强度设计指标对比分析[J]. 施刚,朱希. 建筑结构. 2017(13)
[2]高强钢压弯和受弯构件计算模式不定性研究[J]. 施刚,朱希. 工业建筑. 2016(07)
[3]S280冷轧薄板冷弯型钢构件设计可靠度分析[J]. 李元齐,向虎,沈祖炎. 同济大学学报(自然科学版). 2012(08)
[4]钢框架高等分析中初始几何缺陷的考虑方法[J]. 金路,张耀春,赵金友,邵永松. 建筑钢结构进展. 2010(03)
[5]非正态变量可靠性灵敏度分析方法[J]. 宋军,吕震宙. 机械强度. 2008(01)
[6]柱顶受轴力的柱列支撑受力分析[J]. 赵金友,张文元,张耀春. 建筑结构学报. 2007(S1)
[7]屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢结构轴心受压构件可靠度分析[J]. 沈祖炎,李元齐,王磊,王彦敏,徐宏伟. 建筑结构学报. 2006(03)
[8]工程结构可靠性基本理论的发展与应用（2）[J]. 贡金鑫,仲伟秋,赵国藩. 建筑结构学报. 2002(05)
[9]建筑钢结构适用性分析[J]. 戴国欣,夏正中. 建筑结构学报. 2000(03)
[10]建筑结构钢新材性参数的统计与分析[J]. 戴国欣,李龙春,夏正中,黄友明. 建筑结构. 2000(04)
博士论文
[1]高强度钢材轴心受压构件整体稳定性能与设计方法研究[D]. 班慧勇.清华大学 2012
[2]结构可靠度计算方法及灵敏度分析研究[D]. 杨杰.大连理工大学 2012
硕士论文
[1]轴心受压木构件稳定问题及可靠度分析[D]. 张磊.哈尔滨工业大学 2016
[2]高强度结构钢材材料设计指标研究[D]. 朱希.清华大学 2015
[3]Q345GJ钢焊接H形截面受弯构件整体稳定性能及可靠度研究[D]. 曹文龙.重庆大学 2014
[4]Q345GJ钢轴压构件设计参数分析[D]. 李芳静.重庆大学 2012
[5]Q345GJ钢轴心受压构件整体稳定性能及抗力不定性分析[D]. 陈宏宽.重庆大学 2012
[6]基于随机有限元的框架结构可靠性分析[D]. 戚毅婷.昆明理工大学 2012
[7]Q345GJ结构钢材性试验与参数估计[D]. 褚燕风.重庆大学 2008
[8]改进的一致缺陷模态法在单层网壳稳定分析中的应用研究[D]. 罗昱.天津大学 2007
[9]残余应力对H型钢梁柱构件极限承载力影响研究[D]. 汤夕春.武汉理工大学 2006
[10]钢结构设计规范（GB50017-2003）总体安全度分析[D]. 熊刚.重庆大学 2003
本文编号：3218773
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
可靠指标的几何意义将极限状态面z0转换到标准正态Y空间中，可得式(2-17).
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-27-缺陷，选取不同的残余应力模式，将残余应力作为初始应力（INISTATE）输入到单元积分点。最后，施加轴向荷载，打开大变形开关，采用弧长法，对构件进行非线性屈曲分析，即可得到构件的极限承载力。图3-1有限元分析流程3.2.1模型建立3.2.1.1单元选择单元的选取与构件的失稳类型有关，SHELL181单元称为4节点有限应变壳单元，可以模拟薄壳至中等厚度壳结构，非常适用于大转动、大变形的非线性分析。该单元每个节点有6个自由度，即沿节点坐标系x,y,z的平动位移和绕各轴的转动位移。SHELL181单元可以模拟构件的整体失稳和局部屈曲破坏，并且支持输入残余应力作为构件的初始应力。对于整体弯曲屈曲破坏的构件，BEAM188三维线性有限梁单元也可以很好的模拟构件的屈曲破坏，但在试算中发现，BEAM188单元对构件截面尺寸的适用性没有SHELL181单元普遍。因此本文采用SHELL181单
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-29-(a)工字钢有限元模型(b)箱形截面有限元模型图3-3轴心受压构件有限元模型3.2.1.2材料属性材料的本构关系采用有屈服平台的多折线材料本构模型。抗拉强度采用材料标准《低合金高强度结构》GB/T1591-2018及《碳素结构钢》GB/T700-2006所规定的下限值。钢材的屈服平台末端应变st和极限应变u参考文献[36]，如表3-1所示。弹性模量根据材料标准选取，Q235及Q345钢均为3220610N/mm。图3-4材料本构模型表3-1材料本构模型参数强度等级yfufystuQ235235370fy/E2.5%20%Q345345470fy/E2.5%20%3.2.1.3约束与荷载由于SOILD185单元仅有平动自由度，因此耦合端板与试件重合节点的所有自由度时，端板不会约束轴心受压构件端部板件的转动，可以用以模拟构件与端板ustfyMPAfuy
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同规范中钢材强度设计指标对比分析[J]. 施刚,朱希. 建筑结构. 2017(13)
[2]高强钢压弯和受弯构件计算模式不定性研究[J]. 施刚,朱希. 工业建筑. 2016(07)
[3]S280冷轧薄板冷弯型钢构件设计可靠度分析[J]. 李元齐,向虎,沈祖炎. 同济大学学报(自然科学版). 2012(08)
[4]钢框架高等分析中初始几何缺陷的考虑方法[J]. 金路,张耀春,赵金友,邵永松. 建筑钢结构进展. 2010(03)
[5]非正态变量可靠性灵敏度分析方法[J]. 宋军,吕震宙. 机械强度. 2008(01)
[6]柱顶受轴力的柱列支撑受力分析[J]. 赵金友,张文元,张耀春. 建筑结构学报. 2007(S1)
[7]屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢结构轴心受压构件可靠度分析[J]. 沈祖炎,李元齐,王磊,王彦敏,徐宏伟. 建筑结构学报. 2006(03)
[8]工程结构可靠性基本理论的发展与应用（2）[J]. 贡金鑫,仲伟秋,赵国藩. 建筑结构学报. 2002(05)
[9]建筑钢结构适用性分析[J]. 戴国欣,夏正中. 建筑结构学报. 2000(03)
[10]建筑结构钢新材性参数的统计与分析[J]. 戴国欣,李龙春,夏正中,黄友明. 建筑结构. 2000(04)
博士论文
[1]高强度钢材轴心受压构件整体稳定性能与设计方法研究[D]. 班慧勇.清华大学 2012
[2]结构可靠度计算方法及灵敏度分析研究[D]. 杨杰.大连理工大学 2012
硕士论文
[1]轴心受压木构件稳定问题及可靠度分析[D]. 张磊.哈尔滨工业大学 2016
[2]高强度结构钢材材料设计指标研究[D]. 朱希.清华大学 2015
[3]Q345GJ钢焊接H形截面受弯构件整体稳定性能及可靠度研究[D]. 曹文龙.重庆大学 2014
[4]Q345GJ钢轴压构件设计参数分析[D]. 李芳静.重庆大学 2012
[5]Q345GJ钢轴心受压构件整体稳定性能及抗力不定性分析[D]. 陈宏宽.重庆大学 2012
[6]基于随机有限元的框架结构可靠性分析[D]. 戚毅婷.昆明理工大学 2012
[7]Q345GJ结构钢材性试验与参数估计[D]. 褚燕风.重庆大学 2008
[8]改进的一致缺陷模态法在单层网壳稳定分析中的应用研究[D]. 罗昱.天津大学 2007
[9]残余应力对H型钢梁柱构件极限承载力影响研究[D]. 汤夕春.武汉理工大学 2006
[10]钢结构设计规范（GB50017-2003）总体安全度分析[D]. 熊刚.重庆大学 2003
本文编号：3218773
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