热轧方、矩形钢管压弯构件承载力性能研究

发布时间：2020-04-19 18:16

【摘要】：近年来,随着钢结构生产技术的革命,建筑结构逐渐采用方、矩形截面钢管作为结构的主体构件,而钢构件的破坏模式及承载力性能与其截面参数特性息息相关。当前,国内外大多数钢结构设计规范在承载力设计时都存在一些不足。如欧洲《钢结构设计规范》,依板件宽厚比的不同,将截面划分为四类,其中在Ⅱ类与Ⅲ类截面承载力设计时出现“跳跃式”的断层。我国规范在承载力设计时忽略了板件间的相互作用,没有考虑材料的应力强化等因素。连续强度法(CSM)是一种以截面变形能力为基础的设计方法,能充分利用钢材应力强化性能。CSM虽能有效地解决上述弊端,但在热轧钢管压弯构件上的设计理论仍不完善,尤其是偏压荷载下热轧方、矩形钢管构件的承载力性能亟待进一步研究。本文采用有限元计算方法,考虑了材料的应力强化、初始缺陷和残余应力等因素,进一步分析了材料强度f_y、高宽比H/B、高厚比h/t、宽厚比b/t、偏心角度α、偏心距e以及长度L对压弯构件承载力的影响,提出了相应参数的界限参考值。结果表明:压弯构件的正则化受压承载力N_(u,FE)/Af_y随f_y的提高而降低,N_(u,FE)/Af_y、M_(u,FE)/M_(pl)随着h/t、b/t、α的增大而降低,当h/t与b/t分别超过21与16时,承载力无明显变化,建议在设计时将21与16分别作为h/t与b/t的限值;单轴压弯构件的M_(u,FE)/M_(pl)随H/B的增大而先升高后降低,而N_(u,FE)/Af_y逐渐提高;随着长细比λ的增大,压弯构件的承载力先增后减,其中λ=19.273为局部屈曲与整体屈曲的分界长细比;随相对偏心距e/l的增大,M_(u,FE)/M_(pl)力先升高后不变,而N_(u,FE)/Af_y降低。在有限元分析的基础上,本文提出了热轧方、矩形钢管压弯构件EC3-CSM设计公式,与我国规范及欧、美设计规范中对于热轧方、矩形钢管压弯构件承载力设计公式相比,所提的EC3-CSM公式能准确反映截面厚实度与压弯承载力之间的连续关系,在截面厚实程度λ_p~—的范围取为0.15λ_p~—≤0.68时的结果精确性更高,有效地解决了欧洲规范设计公式计算结果的离散性及我国规范、美国规范计算结果的保守性问题。
【图文】：

框架结构,型钢,方矩形钢管,空心截面

随着我国经济的飞速发展、生产规模的调整，钢铁行业也逐渐展现了其巨大的市场潜力。近几年，由于材料性能、生产方法、技术创新以及施工技术的进步，钢结构在建筑行业领域逐渐占据主导地位。在各种截面的型钢中，，如图 1.1 所示，方形和矩形空心截面等管状截面具有优良结构性能、固有的美学优势以及能够进行预制和批量生产的便利性，使得其在建筑结构领域的应用与日俱增。对于管状结构的截面，常见于框架结构中，常用作梁柱等主要受力构件。近些年来，以钢方、矩形管作主体结构在世界各地许多标志性的建筑中得到了广泛拓展。(a) 方矩形钢管 (b) T 型钢

钢管结构,截面尺寸,方矩形管,主体钢结构

(c) 芝加哥北密歇根 875 号大楼 (d) 西班牙巴拉哈斯机场图 1.2 国内外标志性钢管结构表 1.1 国家游泳中心主体钢结构方矩形管需求状况[1] 截面尺寸材料 fy总量/t 编号截面尺寸材料 fy总 180_300_6/10 Q345 345Mpa 856.06 9 300_350_15 Q345 345Mpa 1 210_300_7/10 Q345 345Mpa 108.68 10 300_400_18 Q420 420Mpa 2 240_300_8/10 Q345 345Mpa 94.33 11 450_300_20 Q420 420Mpa 1 270_300_9/10 Q345 345Mpa 141.17 12 450_300_30/20 Q420 420Mpa 6 300_300_10 Q345 345Mpa 175.61 13 450_300_40/20 Q420 420Mpa 9 300_300_13 Q345 345Mpa 631.38 14 450_300_40/30 Q420 420Mpa 1 300_300_16 Q345 345Mpa 135.70 15 450_300_40 Q420 420Mpa 3 300_300_20 Q420 420Mpa 704.03 16 550_300_40 Q420 420Mpa 12 选题意义.1 国内、外钢结构设计规范的概述
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU391

【参考文献】