不锈钢压弯构件整体稳定承载力试验研究与理论分析

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不锈钢材料除具备钢材的特性外,还具备耐腐蚀性、耐高温性能等优良特性,使得其在建筑结构领域的应用日趋广泛。然而我国的不锈钢结构设计的规程还没有正式颁布,这严重制约了不锈钢在建筑领域的应用。国内相关研究单位从2009年开始开展不锈钢的研究,已经完成不锈钢轴心受压、纯弯和不锈钢C型截面受压短柱试验,取得了重大的研究成果。本文在前人研究的基础上对不锈钢冷成型方管和焊接H型钢压弯试件进行试验研究和理论分析。  基于国产的不锈钢材料牌号304,开展了15个不锈钢试件材料力学性能试验、15根不锈钢压弯试件试验和焊接残余应力验证性试验。材料力学性能试验结果表明:修正的两阶段Ramberg-Osgood材料模型能够很好地模拟不锈钢材料的非线性本构关系,只是硬化指数需略作修改;冷加工后的不锈钢材料强度有明显的提高。本次试验揭示了压弯试件平面内失稳和平面外失稳的破坏现象,得到了各试件的荷载位移曲线、极限承载力值、应变分布曲线。  采用有限元软件ANSYS对不锈钢冷成型方管和焊接H型钢压弯试件进行了模拟分析,结果表明:采用材料力学性能试验获得的材料力学性能指标和合理的边界条件后,通过荷载位移曲线和荷载转角曲线对比有限元分析结果和试验结果,有限元分析模型可以真实模拟试件的受力过程。  本文最后对不锈钢冷成型方管和焊接H型钢压弯构件平面内弯曲失稳的压弯相互作用系数进行了初步探讨,通过对压弯构件平面内失稳的弹性稳定解和该系数的参数化分析得出了拟合公式的初步模型。根据一系列有限元计算得到的数据和承载力计算模型,模拟出不锈钢冷成型方管和焊接H型钢压弯构件平面内弯曲失稳压弯相互作用系数的计算公式。对比分析表明:拟合公式计算值与有限元数据和试验值均较吻合,拟合公式对不锈钢冷成型方管和焊接H型钢长柱平面内弯曲稳定承载力有较好的预测能力。
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