考虑板组效应的不锈钢受弯构件的理论分析

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不锈钢材料除具备钢材的特性外,还具有耐腐蚀性,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。然而我国还没有不锈钢结构设计的规程,严重制约了不锈钢在建筑领域的应用。本文在前人试验研究的基础上进行了不锈钢冷成型方矩管受弯构件的抗弯极限承载力和焊接工字形截面梁的整体稳定性的理论分析。   对比了不锈钢受压板件屈曲后强度的三种计算方法:有效宽度法、直接强度法和连续强度法,并结合不锈钢材料的力学性能特点,选用直接强度法计算不锈钢冷成型方矩管受弯构件的抗弯极限承载力。基于有限条软件CUFSM的分析结果,得到了考虑板组效应的方矩管受弯构件的弹性局部屈曲临界应力的计算公式,简化了受弯构件的弹性局部屈曲临界应力的计算。   本文搜集了国内外已有的不锈钢冷成型方矩管受弯构件抗弯极限承载力试验数据,并采用有限元软件ANSYS,对不锈钢冷成型方矩管受弯构件进行了有限元分析。以试验数据和有限元分析结果为基础,采用直接强度法提出了不锈钢冷成型方矩管抗弯极限承载力的计算公式,公式计算结果和试验结果及有限元分析结果吻合良好。将本文计算公式与欧洲规范、美国规范、连续强度法进行了比较,比较发现欧洲规范和美国规范非常保守,欧洲规范尤甚,本文计算公式和连续强度法计算结果比较接近。将提出的计算公式按照我国《建筑结构可靠度统一设计标准》(GB50068-2001)进行了可靠度分析,可靠度指标均值为5.0288,大于规范规定的3.2。本文提出的计算公式可以用来计算不锈钢冷成型方矩管受弯构件的抗弯极限承载力。   建立了不锈钢焊接工字形截面梁的有限元模型,并通过对已有试验研究进行准确的模拟来验证有限元模型的准确性。对构件的整体稳定承载能力进行了有限元参数化分析。分析表明不锈钢焊接工字形截面梁整体稳定承载力受到材料性质、荷载作用类型、焊接残余应力和截面类型的影响,并且当不锈钢材料硬化指数越小、名义屈服强度越低、两端纯弯荷载作用时,构件的整体稳定能力最低。在材料名义屈服强度为200MPa的有限元计算结果基础上提出了不锈钢焊接工字形截面梁整体稳定系数计算公式。考虑不锈钢材料性能的特点,本文提出了适应不锈钢材料多样性的工字形截面梁整体稳定系数的修正计算方法,并把本文提出的不锈钢焊接工字形截面梁整体稳定计算方法与美国规范、欧洲规范的计算方法进行了对比,表明本文提出的计算方法可以准确计算构件的整体稳定承载力。
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