【摘 要】
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随着超高层和大跨度结构的飞速发展,普通的钢结构建筑已经不能满足人们日常生产和生活的需求,因此近年来高强钢结构在世界范围内得到越来越多的应用,但是我国高强钢的研究工作尚不够充分,尤其缺少高强焊接钢材压弯构件整体稳定性能等方面的研究,这将导致无法确保工程设计的安全性。本文采用数值模拟的方法,深入研究了Q460和Q690两种钢材等级的高强焊接圆钢管和工字形截面压弯构件的整体稳定性能,通过有限元得到的数据
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随着超高层和大跨度结构的飞速发展,普通的钢结构建筑已经不能满足人们日常生产和生活的需求,因此近年来高强钢结构在世界范围内得到越来越多的应用,但是我国高强钢的研究工作尚不够充分,尤其缺少高强焊接钢材压弯构件整体稳定性能等方面的研究,这将导致无法确保工程设计的安全性。本文采用数值模拟的方法,深入研究了Q460和Q690两种钢材等级的高强焊接圆钢管和工字形截面压弯构件的整体稳定性能,通过有限元得到的数据与各国规范通过计算得到的结果进行对比讨论了各国规范公式对于高强钢压弯构件整体稳定的计算是否安全,接着提出了合理的设计建议。本文主要做了以下内容:（1）首先概括了高强钢的工程应用,介绍了高强焊接圆钢管和工字形截面初始缺陷及残余应力的研究现状。（2）介绍了有限元软件ANSYS,接着采用ANSYS软件建立了考虑几何初始缺陷和残余应力的有限元模型,将有限元模型得到的结果与既有的试验结果进行了对比,验证了有限元的有效性。（3）利用验证过的有限元模型针对Q460和Q690两种等级的高强焊接圆钢管和高强焊接工字形（绕弱轴和绕强轴）压弯构件进行大量的有限元分析（共1764个有限元模型）,研究了长细比和偏心率两个参数变化对其整体稳定性能的影响。结果表明,高强焊接圆钢管和工字形（绕弱轴和绕强轴）压弯构件的整体稳定承载力随着长细比和偏心率的增加而逐渐降低。（4）通过有限元软件ANSYS得到的数据与中国钢结构标准（GB50017-2017）、美国钢结构规范（ANSI/AISC360-16）和欧洲钢结构规范（EN1993-1-1）计算得到的数据进行对比,验证了各国规范公式对高强钢压弯构件整体稳定的计算公式是否安全。（5）通过对第四章有限元结果与各国规范的对比中可以看出压弯构件的整体稳定性能和正则化长细比有关,通过对有限元数据进行拟合给出了新的高强钢压弯构件整体稳定的修正公式。基于上述工作,本文主要结论如下:（1）本文用ANSYS软件建立高强焊接圆钢管和工字形压弯构件的有限元模型,该模型考虑了初始缺陷和残余应力的影响,有限元得到的结果与文献中已有的试验数据结果的误差在允许的范围内,这说明了本文建立的有限元模型可以很好地模拟高强焊接圆钢管和工字形压弯构件的屈曲性能。（2）通过对长细比和偏心率两个参数的分析,可以发现随着构件长细比和偏心率的增大,其整体稳定承载力逐渐减小。当构件的长细比大于100时,构件整体稳定承载力过小,这说明了构件的材料性能没能得到充分的利用。当构件的偏心率大于1时,构件的整体稳定承载力很低,且长细比的变化对其整体稳定承载力的影响越来越小。（3）基于有限元的计算结果与各国规范通过计算得到的结果进行对比,讨论了各国规范给出的公式对高强钢压弯构件的计算偏大还是偏小,可以发现我国钢结构规范（GB50017-2017）和欧洲钢结构规范（EN1993-1-1）都偏小,而美国钢结构规范（ANSI/AISC360-16）偏大。（4）通过大量的有限元数据分析结果,运用origin软件拟合得到新的压弯构件整体稳定的修正公式。
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