高强钢焊接工字形截面轴压柱局部和整体相关屈曲研究

摘要

我国《钢结构设计规范》对钢材强度限定为Q235~Q420，对于高强钢的设计方法只是在普通钢材的基础上进行参数修改。对于高强钢工字形截面轴心受压构件腹板高厚比若采用规范的限值则不能充分发挥高强钢的性能，腹板高厚比超限使构件容易发生局部屈曲，但腹板局部屈曲后并不意味着构件就丧失了承载力，可适当放宽腹板高厚比，利用腹板屈曲后强度，使高强钢充分发挥其性能，降低钢材用量，降低工程造价，节约资源。　　本文采用ANSYS有限元软件建立钢材屈服强度为460MPa的焊接工字形截面轴心受压柱模型计算柱子的极限承载力，模型中考虑柱子的初始几何缺陷（局部、整体初弯曲）、残余应力、材料非线性的影响，将有限元结果与已有的试验结果作对比，来验证有限元的正确性。通过改变柱子腹板高厚比、翼缘宽厚比、长细比来研究其对轴心受压柱局部和整体相关屈曲的影响。对部分构件不考虑残余应力分别计算Q235和Q460钢柱的极限承载力，分析残余应力对不同级别钢材的影响。结合规范中的设计公式，与有限元计算结果对比分析，对直接强度法设计公式进行修正。　　研究表明：增大腹板高厚比，截面刚度减小，柱子的极限承载力降低；增大翼缘的宽厚比，翼缘对腹板的约束作用减弱，柱子的极限承载力降低；增大柱子的长细比，柱子的整体刚度减小，极限承载力降低；初始缺陷也是降低柱子极限承载力的重要因素。现有规范已不能准确计算Q460钢焊接工字形截面轴心受压柱的承载力，提出修正的直接强度法公式，其计算结果与有限元结果吻合较好。

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1绪论

1.1引言

1.2高强钢的研究现状及存在问题

1.3本文研究的内容及意义

2有限元模型的建立与验证

2.1有限元模型的建立

2.2有限元结果验证

2.3本章小结

3高强钢焊接工字形截面柱相关屈曲承载力分析

3.1参数的选取

3.2腹板高厚比的影响

3.3翼缘宽厚比的影响

3.4长细比的影响

3.5初始缺陷的影响

3.6本章小结

4高强钢焊接工字形截面柱轴心受压柱的设计公式

4.1钢结构设计规范的设计方法

4.2门式刚架轻型房屋钢结构技术规程

4.3直接强度法DSM

4.4有效屈服强度法

4.5直接强度法公式修正

4.6本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢