Q345GJ钢H型截面轴心受压构件的稳定性能研究

论文摘要

作为适应超高层及大跨建筑的高性能材料,GJ钢的综合性能较普通采用的低合金高强度结构钢有非常突出的表现。目前已应用于国家奥运主体育场、首都新机场、央视新大楼等重大建设项目。基于前期对Q345GJ钢材性参数统计分析的研究成果,本文对Q345GJ钢H型轴心受压构件进行了承载力的试验和ANSYS有限元分析研究。试验部分包括材性试验基本力学性能的测定,以及残余应力试验、短柱试验和长柱试验的研究。材性试验测定的板厚对应于后续试验有16mm,25mm,35mm三种规格,其余试验都是针对两种焊接H型截面H350x250x16x35和H350x250x16x25进行测定。对于长柱试验重点研究的是绕弱轴屈曲的情况。ANSYS有限元分析研究部分,考虑了残余应力分布模式,并计入初弯曲等缺陷,获得了两种截面轴心受压构件的屈曲模态、屈曲荷载和荷载-位移曲线等,为进一步全面研究GJ钢轴心受压构件的稳定性能提供了相关依据。通过一系列试验研究与分析,验证了ANSYS有限元模型的有效性,进而由ANSYS有限元的大量模拟得出了GJ钢H型轴心受压构件的稳定系数较规范普遍高30%左右的结论。为使GJ钢做到优材优用,需进一步对其研究,获取GJ钢专用柱子曲线,为GJ钢在钢结构中的合理应用及推广奠定基础。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 高性能建筑结构用钢简介
• 1.2 有限元数值模拟技术的研究概况
• 1.2.1 有限元技术的应用发展
• 1.2.2 有限元数值模拟技术简介
• 1.2.3 有限元分析求解方法
• 1.3 轴心受压构件的稳定计算
• 1.3.1 轴心受压构杆稳定问题的研究
• 1.3.2 缺陷对轴心受压构件稳定的影响
• 1.3.3 各国柱子曲线的研究
• 1.3.4 φ系数的确定
• 1.4 问题提出
• 1.4.1 已完成的GJ 钢研究成果
• 1.4.2 研究内容
• 2 H 型轴心受压构件承载力试验
• 2.1 材性试验
• 2.1.1 试样设计
• 2.1.2 试验过程及结果
• 2.2 残余应力试验
• 2.2.1 切条法测残余应力试验原理
• 2.2.2 试件设计
• 2.2.3 切条法测残余应力试验过程
• 2.2.4 残余应力的分布模式
• 2.2.5 不同残余应力分布模式结果对比
• 2.3 短柱轴心受压试验
• 2.2.1 试件设计
• 2.3.2 试验过程
• 2.2.3 试验结果
• 2.4 长柱轴心受压试验
• 2.4.1 试件设计
• 2.4.2 加载装置和加载过程
• 2.4.3 试验结果
• 2.5 本章小结
• 3 ANSYS 有限元分析
• 3.1 稳定分析中有限单元法的应用
• 3.1.1 结构特征值屈曲分析
• 3.1.2 结构非线性屈曲分析
• 3.1.3 有限元分析的步骤
• 3.2 试件概况
• 3.3 ANSYS 分析过程
• 3.3.1 建立模型
• 3.3.2 分析求解
• 3.4 ANSYS 分析结果
• 3.5 本章小结
• 4 有限元分析结果与理论及试验结果对比
• 4.1 有限元分析结果与理论和试验极限承载力结果对比
• 4.2 ANSYS 有限元分析柱子曲线结果
• 4.3 ANSYS 有限元分析与规范φ取值的对比
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目