800MPa高强钢焊接工字形截面轴压构件稳定性能研究

发布时间：2020-04-23 22:12

【摘要】：采用高强钢将减小截面尺寸,使构件更易发生轴压失稳,对于轴压构件的相关稳定性能,考虑板件屈曲后承载力可以发挥材料高性能优势,然而我国现行钢结构设计规范GB50017-2003仅采用设置加劲肋或计算有效宽度的方式考虑腹板高厚比超限的情况,不利于提高钢材的利用率。为了促进800MPa高强钢的工程应用,本文开展试验和有限元研究,分析长细比、板件宽厚比、截面残余应力和钢材强度等因素对焊接工字形截面轴压构件稳定性的影响,提出轴压构件整体稳定和相关稳定的设计方法,主要内容包括:(1)针对实际工程常用的工字形截面形式,设计三个系列共15根试件,进行轴压稳定性能试验,测量了钢材力学性能和几何初始缺陷,得到极限承载力、荷载—位移曲线和荷载—应变曲线,结果表明800MPa高强钢材性曲线未出现屈服平台;轴压稳定承载力试验值较规范GB50017-2003、Eurocode 03和ANSI/AISC 360-10的计算值偏高,未超限试件均发生整体弯曲破坏,超限试件发生相关屈曲破坏。(2)采用ANSYS软件建立考虑初始几何缺陷和残余应力的有限元模型,将有限元结果与试验进行对比,表明构件的破坏形态、荷载—轴向位移曲线和极限承载力吻合较好,该模型能准确模拟构件的整体稳定和板件的局部翘曲。(3)有限软件参数分析结果表明试件的极限承载力随残余压应力的增加而降低,残余应力对工字形试件轴压稳定性能影响较大,在设计时不能忽视;极限承载力随板件的宽厚比增大而增大,且这种影响随着构件长细比的增大而减弱;工字形构件极限承载力随材料强度的提高而增大,幅度随长细比增大而减小。(4)通过与主要现行规范比较,建议800MPa工字形截面轴压构件绕弱轴失稳的稳定系数可采用GB50017-2003中a类曲线和Eurocode 03中a_0曲线,且基于规范GB50017-2003和ANSI/AISC 360-10拟合2条柱子曲线;在ANSI/AISC360-10和直接强度法的基础上,分别得到腹板超限和翼缘超限的相关稳定承载力计算公式,并将计算值与试验和有限元的结果对比,验证了公式的可靠性。
【图文】：

示意图,材料性能

材性试验开展单向拉伸试验方法，测量材料的屈服强度 fy、极限强度 fu、弹性模量后伸长率 A 等材料特征。设计 4 个拉伸试件，截取位置、尺寸和拉伸方照《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》[86]与《金属材料拉第 1 部分：室温试验方法》[87]相关要求，材性试件尺寸示意如图 2.1 所示图 2.1 材性试件尺寸示意图拉伸试验在马钢股份技术中心试验基地完成，，采用 50 mm 引伸计记录拉钢材变形，当荷载到达极限值后，试件断裂前取下引伸计，直到拉伸破坏仪器和试件拉断后破坏图分别如图 2.2（a）和图 2.2（b）所示。

试件,轴压构件,翼缘厚度,焊接热

强钢工字形截面轴压构件稳定性其中 L 为试件长度；Le 为实测长度；B 为截面宽度；b 为 1/tf为翼缘厚度；tw为腹板厚度接工艺：采用 80% Ar+20% C接规范中 ER80-G[91]和 ER120“MK.GHS80”的焊丝，焊接6 V，为确保焊接热量输入均匀几何初始缺陷和避免不均匀的横截面反对称位置沿试件长度
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU391

【参考文献】