Q460高强角钢轴心受压构件整体稳定性的理论与试验研究

论文摘要

强度等级为Q460的角钢强度高,有很好的承载能力。输电铁塔结构中采用高强角钢可以缓解节点构造复杂、安装工作量大、资源消耗严重和投资浪费的矛盾。随着（超）高压输电线路铁塔的不断发展,高强角钢得到了越来越广泛的应用。近年来我国对Q390和Q420高强角钢的性能开展了较多的研究,然而对于Q460高强度结构钢的设计依据比较少,为了满足当前设计需求,本文通过理论分析、有限元计算和试验研究,分析了Q460高强角钢轴心受压构件的整体稳定性能以及极限承载力。等边单角钢截面为单轴对称截面,除绕非对称主轴失稳为弯曲失稳外,绕其它任意轴均为弯扭失稳。为了检验理论推导对于Q460高强角钢的合理性,采用四种不同截面、不同长细比的四十八根试件进行了轴心受压试验及相应的材性试验,考察轴心压力作用下Q460高强角钢的整体稳定性能,检验《钢结构设计规范》（GB50017-2003）和《美国输电铁塔设计导则》（ASCE10-1997）对Q460高强等边单角钢的承载力计算的适用性。在考虑残余应力、几何缺陷等因素基础上,采用大型有限元软件ANSYS对Q460高强角钢的稳定性能进行了分析。经过以上比较分析可知Q460高强角钢的屈曲模态根据长细比不同而定,即λ≥60为弯曲屈曲,λ〈60为局部屈曲;其极限承载力比普通的Q235和Q345角钢提高15%∽30%。《钢结构设计规范》（GB50017-2003）对于Q460高强钢轴压杆的极限承载力过于保守,不适用;而《美国输电铁塔设计导则》（ASCE10-1997）的计算值接近试验值,比较适用;有限元分析准确地模拟了Q460高强等边单角钢轴心受压构件的屈曲模态,能真实地反映其承载能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 高强角钢简介
• 1.1.2 高强角钢应用
• 1.1.3 高强角钢与普通角钢的比较
• 1.2 高强角钢研究现状
• 1.2.1 国内外对热轧角钢稳定的理论研究
• 1.2.2 国内外对高强钢的实际应用
• 1.3 本文研究内容,方法及意义
• 2 Q460等边单角钢轴心压杆的理论分析
• 2.1 等边单角钢轴心压杆的整体稳定
• 2.1.1 等边单角钢轴心压杆的屈曲形式
• 2.1.2 等边单角钢轴心压杆的弹性屈曲
• 2.1.3 等边单角钢轴心压杆的弹塑性弯扭屈曲
• 2.2 缺陷对等边单角钢轴心压杆稳定承载力的影响
• 2.2.1 初弯曲的影响
• 2.2.2 残余应力的影响
• 2.2.3 几种缺陷的综合影响
• 2.3 Q460等边单角钢轴压杆稳定承载力的计算方法
• 2.3.1 Q460等边单角钢轴压杆的弯扭屈曲计算
• 2.3.2 Q460等边单角钢的稳定计算
• 3 Q460等边单角钢轴心压杆有限元分析
• 3.1 有限元概述
• 3.2 ANSYS软件
• 3.3 本文的分析过程
• 3.3.1 单元类型
• 3.3.2 网格划分
• 3.3.3 约束及荷载
• 3.3.4 查看分析结果
• 3.3.5 ANSYS求解
• 3.3.6 残余应力的影响
• 4 Q460高强等边单角钢轴心压杆试验
• 4.1 概述
• 4.2 材性试验
• 4.3 Q460高强等边单角钢轴压试验
• 4.3.1 试验目的
• 4.3.2 试件设计
• 4.3.3 试验方案
• 4.3.4 位移及应变测点布置
• 4.4 球铰支座轴心压杆试验过程及结果分析
• 4.4.1 球铰支座轴心压杆试验过程
• 4.4.2 球铰支座轴心压杆试验结果及分析
• 4.5 双刀口支座轴心压杆试验过程及结果分析
• 4.5.1 双刀口支座轴心压杆试验过程
• 4.5.2 双刀口支座轴心压杆试验结果及分析
• 4.6 单刀口支座轴心压杆试验过程及结果分析
• 4.6.1 单刀口支座轴心压杆试验过程
• 4.6.2 单刀口支座轴心压杆试验结果及分析
• 4.7 试验结论
• 5 试验结果与理论计算的比较分析
• 5.1 试验值与计算值的对比分析
• 5.2 试验结果与有限元计算结果的比较
• 5.2.1 试验破坏形式与有限元分析的屈曲模态
• 5.2.2 极限荷载下的应力云图
• 5.2.3 有限元计算结果与试验值的对比分析
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 局限与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 研究生期间发表的论文
• 研究生期间主要参加的科研项目
• 研究生期间主要获奖情况