不锈钢工字形截面构件轴心受压整体稳定计算方法

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1、不锈钢工字形截面构件轴心受压整体稳定计算方法老船木家具茶桌http://www.lcmjj.net/dlong　　为了研究不锈钢工字形轴心受压构件的整体稳定承载力，采用ANSYS软件建模对不锈钢轴压构件进行非线性有限元模拟，将模拟结果与试验结果进行对比，验证了所建立的有限元模型的准确性.采用经试验验证的有限元模型对不同几何初始缺陷、截面残余应力、材料力学性能、截面宽厚比以及长细比的不锈钢工字形构件整体稳定承载力进行了参数分析，通过对比可确定材料力学性能、构件长细比为主要影响承载力的因素.在参数分析的基础上通过稳定承载力的数据拟合提出了整体稳定系数的三段式计算方法，并将该计算方法与试验数据进行

2、对比，表明此计算方法可以较为准确地计算不锈钢工字形轴心受压构件整体稳定承载力.　　　　　　　　不锈钢材料具有易维护和全生命周期成本低等优势，在建筑结构中得到广泛的应用[1].目前有关不锈钢结构的研究比较广泛，但研究尚处于初期阶段.对于不锈钢材料的应力应变关系，Mirambell和Real[2]提出了两阶段的Ramberg-Osgood模型，此外，Quach等[3]通过引入σ2.0，提出了一个三阶段修正模型.Gardner等[4]和Quach等[5]分别对不同情况构件提出了残余应力模型.王元清[6]和杨璐[7]等进行了相应的试验和理论研究，提出了纯弯作用下焊接工字形不锈钢梁的整体稳定计算表达式

3、.Yuan等[8]对不锈钢焊接截面轴心受压构件的相关稳定性能进行了试验研究，并提出了相应的设计方法.舒赣平等[9-10]对冷弯不锈钢轴心受压构件的稳定承载力以及压弯构件平面稳定承载力进行了研究.Gardner等[11-12]根据若干不锈钢试件的试验研究结果进行分析，总结并提出了连续强度法[13].在不锈钢受压构件研究方面，Gardner[14-15]等对不锈钢的短柱试件进行了试验，对比了现行欧洲不锈钢设计规范的计算结果，提出了新的设计方法和设计建议.此外还有一些学者对不锈钢构件的变形性能和不锈钢管混凝土进行了研究.　　不锈钢的应力应变曲线特征以及构件受力性能特征与普通钢有很大的不同，不锈钢材

4、料具有明显的非线性特征以及明显的应变硬化特性，因此在进行不锈钢整体稳定性能分析时不宜使用钢结构规范.目前，中国不锈钢设计规范正在编制中，对不锈钢轴心受压构件整体稳定性能的研究对规范的编纂有一定的价值.　　1试验概况　　1.1试件设计　　本文对奥氏体型和双相体型焊接工字型不锈钢共计22根构件进行了轴压试验，根据试验设定其中12个构件绕弱轴出现失稳，10个构件绕强轴出现失稳.所有构件在设计前均进行了试算，确保施加荷载能够使构件发生整体失稳，同时限制构件的截面尺寸以防构件出现局部屈曲.构件的材料属性通过材性实验获得.　　1.2试验装置　　试验过程中使用的加载装置如图1所示，采用500T液压式长柱压

5、力试验机进行加载，加载过程中，试件两端各布置一个单刀铰，使得加载装置与柱子端部实现单向铰接，单刀铰的转动轴线与试件弯曲失稳平面垂直.通过单刀铰约束方向来控制构件绕强轴或弱轴的失稳，单刀铰转动中心至柱端面距离为170mm，试件的铰接长度Lt=L+340.　　1.3测量内容　　位移计架设示意图如图2所示，在柱中设置2个位移计LVDT-5和LVDT-6用于测量试件失稳平面内柱中截面的水平位移，同时在柱中失稳平面外设置一个位移计LVDT-7用于测量试件失稳时失稳平面外柱中截面的水平位移.通过LVDT-3和LVDT-4两个位移计可以测量试件在受压时的竖向变形，即试验仪器加载点的竖向位移.此外在柱两端截

6、面各布置了4个应变片，用于根据试件在弹性受力阶段端部截面的应变分布推算荷载初偏心值.在试验开始前，采用光学测量设备通过测量沿柱长方向四分点位置处截面中心偏离柱两端截面中心连线的距离来对每个试件的整体几何初始弯曲进行了测量.　　2有限元方法及试验验证　　对工字形构件的整体稳定性能的研究需要考虑不同的影响因素，并分别进行参数化分析，由于试验本身的局限性，需引入有限元软件进行分析.在建立有限元模型及计算分析的过程中考虑了材料的非线性、构件几何初始缺陷以及截面残余应力的因素，并用试验结果对有限元模型进行了验证.　　2.1有限元模型的建立　　2.1.1单元的选择及边界约束　　本文主要对轴压构件的整体稳

7、定性能进行研究，因此采用BEAM188单元.为了与试验的柱端约束情况取得一致，首先在有限元模型的两端采用固定约束，在此基础上释放特定方向的扭转.对于工字形截面构件，应对构件绕强轴与弱轴失稳分别进行考虑[16].　　2.1.2不锈钢材料的本构模型　　不锈钢的本构模型中比较准确的有两阶段的R-O模型和三阶段模型，其中两阶段模型相对简洁，使用较多.为能更好地反映试验的实际情况，本文采用试验测得的3条应力应变曲线的平