高强钢焊接箱型截面压弯构件整体稳定承载力研究

发布时间：2019-08-24 18:45

【摘要】：近年来,高强钢(fy≥460MPa)焊接箱型截面构件已在许多钢结构工程中得到了成功应用,并且取得了良好的经济效益。我国《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中对于焊接箱型截面压弯构件壁板的宽厚比限值相对于高强钢过于严格,致使高强钢构件承载力得不到充分利用。适当的放宽壁板宽厚比,利用壁板屈曲后的强度,不仅可以充分发挥高强钢的性能,还能节约钢材降低造价。目前,国内外对于高强钢构件的整体稳定承载力的研究大多集中在轴心受压构件,对于实际工程中常见的压弯构件的研究相对较少,本文对Q460钢焊接箱型截面压弯构件的整体稳定承载力进行研究。利用有限元软件ANSYS建立了Q460钢宽厚比超限的焊接箱型截面压弯构件的有限元模型,研究了壁板宽厚比、构件长细比、截面边长比和荷载偏心距对其稳定承载力的影响,并与相当的Q235钢构件的稳定承载力进行了对比,最后结合《钢结构设计规范》(GB50017-2003)和北美冷弯薄壁型钢结构规范(AISI2004),提出并修正了适用于Q460高强钢焊接箱型截面压弯构件稳定承载力的设计公式。研究表明,本文所建的有限元模型能够很好的模拟宽厚比超限的焊接箱型截面压弯构件整体稳定性能。壁板宽厚比增大,构件的极限承载力增大,构件失稳破坏时由整体屈曲逐渐转向局部屈曲;构件长细比增加,整体刚度减小,极限承载力减小,易发生整体失稳;截面边长比增大,极限承载力增大,易发生整体失稳;荷载偏心距增大,构件极限承载力减小,易发生整体失稳。与相当的Q235钢构件相比,Q460钢构件的极限承载力明显提高,且残余应力对其稳定承载力的影响较Q235钢构件的小。修正后的直接强度法设计公式具有较好的精度,其计算结果能很好地与有限元计算结果吻合,且偏于安全。
【图文】：

单元,板块尺寸,节点坐标,三角形单元

到单元的膜刚度和弯曲，单元各个节点均有包括平动，即分别是沿节点坐标 x、y 和 z 方向的平动位移和绕单元简图见图 2.2 所示。本文所建模型中各板块尺寸均，并未采用退化的三角形单元，，因为采用退化的三角。

模态图,初弯曲,初始缺陷,壁板

“验收规范”)中规定受压构件弯曲矢高的限值除了不得大于l/1000外，还不应大于10mm。本文模型中整体初始几何缺陷幅值按照“03规范”的要求取值，其弯曲模式如下图2.3。对于局部弯曲，“03规范”中并没有对板件初始缺陷的限值做出具体的规定。在“验收规范”[53]中，规定板件厚度t<14mm时，每1000mm的腹板局部平面度偏差值不超过3mm，即腹板壁板的凸曲幅值不能超过3h/1000，其中h为壁板高度。Hervé Degée[54]等结合Winter公式，计算了考虑初始缺陷的短柱轴心受压承载力，建议壁板的局部缺陷幅值取为h/1000。因此本文局部初始缺陷取值亦为h/1000。其弯曲模态如图2.3所示。残余应力是当没有对物体施加外力时，在物体内部保持自相平衡的初始应力。对于焊接钢结构构件
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU391

【参考文献】