不锈钢轴心受压构件稳定性试验和设计理论研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51108007
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
25.0万
负责人：
杨璐
依托单位：
北京工业大学
学科分类：
E0804.结构工程
结题年份：
2014
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2014-12-31

项目参与者：
王元清；张文学；陈盈；刘学春；
关键词：
局部稳定不锈钢轴心受压构件整体稳定非线性材料

项目摘要

本项目结合国内外不锈钢结构最新发展，深入研究不锈钢轴心受压构件稳定性承载性能，建立能够准确模拟构件几何初始缺陷和残余应力的数值模型，研究材料类型、截面形式、板件宽厚比、焊缝类型、板件切割工艺等因素的影响。结合不锈钢材性试验、截面残余应力测量和足尺试件轴心加载试验，提出不锈钢轴心受压钢柱局部稳定和整体稳定承载力与初始缺陷之间的定量关系，建立局部稳定和整体稳定承载性能的完整设计计算方法，提出柱子曲线（针对整体稳定）。本项目申请人长期从事钢结构研究工作，研究成果对于完善现行不锈钢结构设计方法和理论、确保不锈钢结构安全性、促进不锈钢结构的实际工程应用具有重要意义，同时可以推动我国不锈钢结构规范、规程的编制。该项目研究对于我国可持续发展战略、保护环境基本国策以及"十二五"规划降低能耗发展目标的实现，都具有前瞻性理论意义和工程应用价值。

结项摘要

本项目采用试验研究、有限元数值模拟和理论分析相结合的方法，研究不锈钢构件的局部稳定性和整体稳定承载性能，并提出了相应的设计计算方法。.本项目主要针对建筑工程中常用的奥氏体以及双相体不锈钢焊接截面类型（工字形和箱形），研究了不锈钢轴心受压构件的残余应力分布、局部稳定和整体稳定。针对局部稳定承载性能，改进现有局部稳定承载力的计算公式；对于整体稳定承载性能，提出不锈钢轴心受压构件整体稳定承载力的计算公式和相应的柱子曲线。.主要包括以下三方面内容：.（1）对焊接加工的10个工字形和8个箱形截面不锈钢试件的残余应力大小与分布形态采用割条法进行实际试验量测，并对量测结果进行归纳总结分析。提出构件残余应力分布模型。此外对ECCS所建议的分布模型进行了修正，提出了残余应力建议简化分布模型图。.（2）针对不锈钢构件的局部稳定问题，首先通过试验得到不锈钢材料的力学特性。同时对短柱试件的几何初始缺陷进行了测量。然后对28个工字形和箱形截面不锈钢短柱试件进行了轴心加载试验。所有试件的破坏形态均为组成板件发生局部屈曲失效，同时试件截面的加载应力-应变曲线表现出典型的非线性特性。基于试验数据验证了有限元模型，对不锈钢构件局部稳定进行参数分析，有限元模型考虑不锈钢非线性材料力学性能、截面焊接残余应力、构件的局部几何初始缺陷等因素对局部稳定的影响，同时通过参数分析结果对截面中的加劲和非加劲板件提出了受压临界宽厚比建议取值，并给出了建议有效宽度法公式以及直接强度法公式。.（3）对于不锈钢构件的整体稳定问题，首先对试验采用的不锈钢试件的几何初始缺陷进行了测量。然后对22个工字形和12个箱形截面不锈钢试件进行了轴心加载试验，试件均发生了整体失稳，个别绕强轴失稳的工字形构件出现了部分扭转的现象。采用经试验验证的有限元方法对不锈钢轴心受压构件的整体稳定性进行参数分析。参数分析过程中确定了构件几何初始缺陷、截面残余应力、材料力学性能、截面宽厚比以及长细比对对构件的整体稳定承载力有影响。通过对参数分析结果提出了柱子曲线并提出了三段式计算方法。.本项目通过试验研究结合有限元参数分析的方法对不锈钢构件的截面残余应力分布、构件的局部稳定以及整体稳定问题进行了研究。得到的结论均进行了试验以及当前不锈钢规范的验证，验证结果表明此结论可对不锈钢构件的局部稳定、整体稳定承载力有更好的预测，并可对当前规范进行补充和修正。