关键词：
钢结构建筑
不锈钢材料
受压板件
结构力学
摘要：
与普通低碳钢相比,不锈钢具有耐腐蚀、耐高温、强度高、延性好等诸多优点,随着我国经济的快速发展,不锈钢在建筑结构中的应用日趋广泛,为了更好地指导和规范不锈钢结构的设计与应用,目前我国第一本《不锈钢结构技术规程》的编制工作已经展开,正是在这样的背景下,本文承担了《不锈钢结构技术规程》中的部分研究内容,选用奥氏体304不锈钢,对其材料性质、不锈钢构件中的受压板件(组)以及受弯构件的受力性能进行了试验研究和理论分析,\n 本文首先进行了不锈钢的材性试验研究,针对不锈钢具有拉压性质不同、受冷弯效应影响明显等特点,材性试验分为5个部分共21组。通过材性试验研究,得到了反映不锈钢材料性质的重要参数,结合本文初步选用的修正的Ramberg-Osgood方程(以下简称R-O方程),得到了不锈钢的非线性应力应变曲线,该曲线与试验曲线吻合较好,表明本文所选用的修正的R-O方程能够准确地表示不锈钢的非线性应力应变关系。进行了不锈钢冷成型SHS、RHS和焊接工字钢短柱的轴心受压试验,测量了短柱的局部初始缺陷,考察了局部初始缺陷的分布情况和缺陷的幅值,为在有限元分析中引入局部初始缺陷提供了试验依据。轴心受压短柱试验包括了6种不同截面尺寸的短柱截面,共14根。通过试验观察了不同截面宽厚比的短柱轴心受压时的屈曲模态和破坏形式,得到了短柱的全过程荷载-位移曲线。试验揭示:对于截面宽厚比较大的短柱,在弹性阶段即发生局部屈曲,屈曲后强度提高:对于截面宽厚比较小的短柱,在弹性阶段不会发生局部屈曲,主要以竖向压缩变形为主,破坏由截面的强度控制,然后利用有限元分析软件ANSYS对短柱试验进行了非线性分析,分析结果与试验基本一致,说明有限元模拟分析是可靠并且准确的。\n 本研究在短柱试验的基础上,考虑材料非线性,通过变化冷成型SHS、RHS和焊接工字钢截面的宽高比,对短柱进行了特征值屈曲参数化分析,考察了不同截面宽高比下翼缘对腹板的约束系数kw,并拟合出了相应的计算公式。考虑材料非线性和几何非线性,对不锈钢冷成型SHS、RHS短柱模型进行了非线性屈曲分析,观察其屈曲后的受力性能,并将有限元分析结果与BS5950-5:1998、EN1993-1-4等规范以及基于GB50018的改进算法进行对比,得到以下几点结论:1、板组效应在屈曲后仍然存在;2、考虑不锈钢转角区域强度提高后,短柱极限承载力提高约10％～15％;3、因为没有考虑板组效应或转角区域强度的提高,根据BS5950-5:1998等规范中的“有效宽度法”得到的计算结果偏于保守。依据“基于截面变形能力法”,引入转角修正系数对“有效宽度法”进行修正,修正后的结果与有限元分析结果吻合较好。\n 本文通过对比EN1993-1-4与SEI/ASCE8-02关于不锈钢受弯构件的设计准则和计算方法,针对不锈钢冷成型 SHS、RHS和焊接工字钢梁,对其受力性能进行了试验研究和理论分析。试验包括11种不同的梁截面尺寸,共39根。试验考察了两端简支不锈钢梁在不同的加载方式和腹板约束条件下的极限承载力和破坏形式。通过观察分析发现:两端简支不锈钢SHS、RHS梁在集中荷载作用下根据加载方式和腹板约束条件的不同,主要有3种破坏形式:l、整体弯曲破坏；2、腹板压屈破坏；3、两者耦合破坏。两端简支不锈钢焊接工字钢梁在集中荷载作用下易发生弯扭失稳。将试验结果与EN1993-14、SEI/ASCE8-02等规范从截面的抗弯强度、非线性挠度、整体稳定这3个方面对比后发现由于没有考虑转角区域的强度提高,现有的EN1993-1-4等规范计算结果偏于保守,不能充分发挥不锈钢的优良性能,并引入转角修正系数()r加以修正。利用有限元分析软件ANSYS对试验中的梁进行了非线性分析,分析结果与试验结果吻合较好,为后续的有限元参数化分析提供了依据和保证。另外本文探讨了不锈钢焊接工字钢梁的稳定系数ψb,总结了影响ψb的几个主要因素,并给出了不锈钢焊接工字钢梁ψb的建议计算公式。
