為了研究焊接殘余應(yīng)力和幾何初始缺陷對(duì)矩形鋼管混凝土柱壁板屈曲后強(qiáng)度的影響,采用有限元軟件ABAQUS進(jìn)行參數(shù)分析,參數(shù)包括壁板的屈服強(qiáng)度、寬厚比、幾何初始缺陷取值大小、是否施加幾何初始缺陷和焊接殘余應(yīng)力,并考慮兩者耦合作用,給出考慮焊接殘余應(yīng)力和幾何初始缺陷后的矩形鋼管混凝土柱壁板有效寬度計(jì)算公式,并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。結(jié)果表明:建立的有限元模型能較好地模擬壁板的局部屈曲和屈曲后行為,焊接殘余應(yīng)力和幾何初始缺陷都會(huì)降低壁板屈曲后強(qiáng)度,且焊接殘余應(yīng)力的影響較大;不同強(qiáng)度等級(jí)的鋼材都需要考慮焊接殘余應(yīng)力和幾何初始缺陷的影響,對(duì)于屈服強(qiáng)度大于460 MPa的高強(qiáng)鋼材,當(dāng)寬厚比大于65時(shí),可以忽略幾何初始缺陷的影響;給出的有效寬度計(jì)算公式可以較為準(zhǔn)確且偏保守地預(yù)測矩形鋼管混凝土柱壁板屈曲后強(qiáng)度。 

【文章來源】：建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2020,37(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

矩形鋼管混凝土柱箱型截面

焊接殘余應(yīng)力分布模式可用圖2來表示(σrt為殘余拉應(yīng)力,σrc為殘余壓應(yīng)力,α和β為殘余拉應(yīng)力分布幾何形狀的2個(gè)尺寸參數(shù)。),當(dāng)α/β=0時(shí),表示殘余拉應(yīng)力具有三角形圖形的應(yīng)力分布,殘余壓應(yīng)力具有梯形的應(yīng)力分布;當(dāng)0<α/β<1時(shí),表示殘余拉應(yīng)力和殘余壓應(yīng)力均具有梯形的應(yīng)力分布;當(dāng)α/β=1時(shí),表示殘余拉應(yīng)力和殘余壓應(yīng)力均具有矩形的應(yīng)力分布。對(duì)于不同的α/β取值,焊接殘余應(yīng)力對(duì)壁板屈曲的影響是不同的。已有文獻(xiàn)[6-7,11,25-27]在有限元建模時(shí)也考慮了焊接殘余應(yīng)力的影響,焊接殘余應(yīng)力分布模式多是采用Uy[14,16,28]提出的矩形焊接殘余應(yīng)力分布模型,如圖3所示,此時(shí)α/β=1,殘余壓應(yīng)力的取值范圍一般為0.1fy～0.3fy,以0.2fy居多,殘余拉應(yīng)力的大小一般取鋼材的屈服強(qiáng)度fy。文獻(xiàn)[19-20]通過實(shí)測表明殘余壓應(yīng)力的大小與壁板寬厚比有關(guān),因此按照上述焊接殘余應(yīng)力分布模式選取對(duì)于本文研究不太精確。

已有文獻(xiàn)[6-7,11,25-27]在有限元建模時(shí)也考慮了焊接殘余應(yīng)力的影響,焊接殘余應(yīng)力分布模式多是采用Uy[14,16,28]提出的矩形焊接殘余應(yīng)力分布模型,如圖3所示,此時(shí)α/β=1,殘余壓應(yīng)力的取值范圍一般為0.1fy～0.3fy,以0.2fy居多,殘余拉應(yīng)力的大小一般取鋼材的屈服強(qiáng)度fy。文獻(xiàn)[19-20]通過實(shí)測表明殘余壓應(yīng)力的大小與壁板寬厚比有關(guān),因此按照上述焊接殘余應(yīng)力分布模式選取對(duì)于本文研究不太精確。本文采用Song等[22]提出的焊接殘余應(yīng)力分布模式,如圖4所示(a1表示殘余拉應(yīng)力取值線形變化區(qū)域,a2表示殘余壓應(yīng)力分布區(qū)域),殘余拉應(yīng)力存在焊縫附近,殘余壓應(yīng)力則存在其他區(qū)域與殘余拉應(yīng)力自平衡,焊接殘余應(yīng)力分布模式中的參數(shù)根據(jù)Ban等[29]的研究成果確定,并采用Shi等[8]提出的殘余壓應(yīng)力和殘余拉應(yīng)力取值,式(1)中殘余拉應(yīng)力取值的合理性在于:對(duì)于普通強(qiáng)度鋼材,由于強(qiáng)度較低,焊接截面的殘余拉應(yīng)力一般接近鋼材強(qiáng)度;對(duì)于高強(qiáng)鋼材,殘余拉應(yīng)力的取值則較實(shí)測值高,因此,截面其他部位的殘余壓應(yīng)力數(shù)值和分布范圍更大,對(duì)于構(gòu)件的穩(wěn)定性是不利的,偏于安全。式(1)中殘余壓應(yīng)力取值是由一系列不同鋼材等級(jí)的實(shí)測殘余壓應(yīng)力值擬合而來的,其中包括屈服強(qiáng)度為235,460,690,960 MPa的鋼材。


本文編號(hào)：3005965