考虑相关稳定的非线性金属轴压柱承载力直接强度法∗

袁焕鑫; 杨飞; 杜新喜; 杨璐

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考虑相关稳定的非线性金属轴压柱承载力直接强度法∗

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非线性金属结构材料主要包括不锈钢和铝合金两类,其应力-应变关系曲线没有明显的屈服点和屈服平台.材料的比例极限强度往往低于其名义屈服强度,随着构件截面应力水平增至超过材料比例极限强度后,材料的切线模量逐渐降低,但其应变硬化能力较为显著,直接影响截面组成板件的局部稳定和构件的整体稳定承载力.目前考虑局部-整体相关稳定的轴压柱承载力计算一般采用有效截面法,但该类方法针对复杂截面的计算过程较为繁琐,且未能充分考虑截面板件间的约束作用.汇总国内外现有关于考虑局部-整体相关稳定的不锈钢和铝合金轴压柱的试验数据,包括不锈钢焊接工字形和箱形截面以及铝合金挤压成型工字形和箱形截面共4类,采用通用有限元软件ABAQUS创建精细数值模型,准确考虑不锈钢和铝合金材料的非线性特性、构件的局部和整体几何初始缺陷以及截面残余应力分布等,通过模拟试验过程得出轴压柱的承载力与失稳破坏形态,根据与试验结果的比较验证所建立有限元模型的准确性.基于验证可靠的有限元模型,对影响轴压柱局部-整体相关稳定性能的关键因素开展参数分析,建立了大量的数值分析算例,着重考察材料归一化屈服强度、应变硬化指数、局部和整体几何初始缺陷以及焊接残余应力对轴压柱稳定承载力的影响规律.结合汇总的试验数据和有限元数值算例结果,对现行AISI S100-16《北美冷成型钢结构设计规范》中的直接强度法计算公式进行了评估,表明其计算公式不能准确预测非线性金属轴压柱的相关稳定承载力,而且公式计算结果偏于不安全.采用数值拟合方法,针对不同材料、不同截面形式轴压柱的相关稳定承载力分别提出直接强度法修正计算公式.根据现行中国标准GB 50068—2018《建筑结构可靠性设计统一标准》中给出的可靠指标以及GB 50429—2007《铝合金结构设计规范》和CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》规定的抗力分项系数取值,且参照GB 50068—2018选定4种不同的荷载组合形式,在12种荷载工况组合下对建议的修正计算公式进行可靠度分析,计算得出的构件可靠指标均大于目标可靠指标3.2,表明所提出的直接强度法计算公式满足中国标准的可靠度要求,可以用于计算考虑相关稳定的非线性金属轴压柱承载力.

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来源
《钢结构》 |2020年第12期|50-57|共8页
作者
袁焕鑫; 杨飞; 杜新喜; 杨璐;
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作者单位

武汉大学;

北京工业大学;

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正文语种 chi
中图分类
关键词
非线性金属结构材料; 轴压构件; 相关稳定; 直接强度法; 可靠度分析;

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