Q460高强等边单角钢两端偏心受压子结构试验研究和理论分析

论文摘要

随着我国电力业高速发展,在输电线路铁塔设计中,提出了采用Q460高强热轧等边单角钢的建议。目前国内大多数规范都没有将Q460高强角钢列入可选材料范围之内,为验证我国《钢结构设计规范》（GB50017-2003）和美国《输电铁塔设计导则》（ASCE10-1997）有关计算两端偏心连接角钢稳定极限承载力公式是否适用Q460高强角钢,已通过单压杆试验进行了深入的试验研究和理论分析,并对规范提出了修正建议。为检验校核模拟边界条件的单压杆试验是否能反映真实结构中压杆的受力性能和约束条件,验证单压杆试验研究对规范提出的修正公式是否合理,且进一步研究Q460高强等边单角钢在子结构中的整体受力性能,本文进行了Q460高强等边单角钢两端偏心连接子结构压杆试验研究和ANSYS有限元分析。研究结果表明：小长细比压杆主要为局部屈曲,大长细比压杆为整体屈曲,压杆绕平行于连接肢的轴发生弯曲变形,同时伴有绕角钢纵轴的扭转变形；试验现象和受力性能与单压杆基本相同。通过子结构研究提出的规范修正公式和单压杆研究提出的对规范的修正公式计算的两端偏心连接压杆整体稳定承载力值偏差较小。修正的我国规范计算结果表明：子结构修正公式值较单压杆修正公式值高,幅度为1.2%～7.9%,差值不到10%；修正的美国导则计算结果表明：子结构修正公式值较单压杆修正公式值有高有低,范围在-2.0%～+0.7%之间。因此,模拟实际边界端部约束条件的单压杆试验是可靠的,其设计建议公式是可信的。本文对Q460高强角钢子结构的试验研究和理论分析结果可供工程设计和相关研究参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外输电线路铁塔中高强钢的应用现状
• 1.3 本文的研究内容及研究方法
• 1.4 本文的研究意义
• 2 Q460高强等边单角钢两端偏心受压子结构试验研究
• 2.1 概述
• 2.2 材性试验
• 2.3 试验方案
• 2.3.1 试验目的
• 2.3.2 试验内容
• 2.3.3 试件设计
• 2.3.4 试验装置
• 2.3.5 试验方案
• 2.4 Q460高强等边单角钢两端偏心受压子结构试验过程和试验现象
• 2.4.1 ZEE12510-45试验过程和破坏特征
• 2.4.2 ZEE12510-60试验过程和破坏特征
• 2.4.3 ZEE12510-45试验结果分析
• 2.4.4 ZEE12510-60试验结果分析
• 2.5 子结构试验与单压杆试验结果对比分析
• 2.5.1 长细比λ=45的子结构与单压杆试验结果对比分析
• 2.5.2 长细比λ=60的子结构与单压杆试验结果对比分析
• 2.5.3 压杆极限承载力对比
• 2.6 本章小结
• 3 Q460高强等边单角钢两端偏心受压子结构有限元分析
• 3.1 概述
• 3.2 ANSYS结构分析
• 3.2.1 非线性分析
• 3.2.2 材料非线性和本构关系
• 3.2.3 状态非线性—接触问题
• 3.2.4 几何非线性
• 3.3 屈曲分析
• 3.3.1 特征值屈曲分析
• 3.3.2 非线性屈曲分析
• 3.4 子结构有限元分析过程
• 3.4.1 单元类型的选择
• 3.4.2 几何建模
• 3.4.3 网格划分
• 3.4.4 接触建立
• 3.4.5 约束及荷载的施加
• 3.4.6 查看分析结果
• 3.4.7 ANSYS建模及求解过程
• 3.5 试验结果与有限元结果对比分析
• 3.5.1 变形结果比较
• 3.5.2 极限荷载比较
• 3.5.3 小结
• 3.6 残余应力和接触对有限元分析结果的影响
• 3.7 本章小结
• 4 Q460高强等边单角钢两端偏心受压子结构理论分析
• 4.1 引言
• 4.2 等边单角钢两端偏心受压杆件的整体稳定
• 4.2.1 弹性屈曲
• 4.2.2 弹塑性屈曲
• 4.2.3 初始缺陷对等边单角钢两端偏心受压杆件稳定承载力的影响
• 4.2.4 国内外规范设计方法简介
• 4.3 端部约束分析
• 4.3.1 分析方法
• 4.3.2 修订我国《钢结构设计规范》（GB50017-2003）柱子曲线
• 4.3.3 修订美国《输电铁塔设计导则》（ASCE10-1997）有效长细比公式
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士研究生学习阶段发表论文