初始缺陷对钢结构构件承载力的影响

作     者：陈哲武 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李忠学

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：钢结构构件 初始缺陷 非线性分析 弹塑性 

摘      要：通过理论分析,可得到两端简支的轴心受压柱和纯弯曲梁的整体稳定性承载力解析解,但对于存在各种初始缺陷和进入弹塑性状态的构件,则无法给出其解析解。考虑到实际工程中的钢构件必然存在初弯曲、荷载初偏心和材料残余应力等缺陷,且在构件失稳时,局部的材料可能已进入屈服状态,必须采用非线性分析方法跟踪结构在加载过程中的响应,才能给出其稳定性承载力。规范中针对钢结构构件的初始缺陷,在理论公式的基础上,通过实验数据和数值计算拟合出经验参数,建立受弯梁,轴压杆和压弯构件这三种构件的稳定计算公式。本文采用新型协同转动九节点四边形弹塑性壳单元对钢结构构件进行非线性分析：将构件初弯曲和荷载初偏心皆按初弯曲进行考虑;在有限元公式中引入了残余应力项,并采用了材料弹塑性计算模型。通过多个算例的计算,发现梁、轴压杆和压弯构件对初弯曲较为敏感：构件中的初始弯曲有时可以使其稳定性承载力降低达15%;残余应力可使梁,轴压杆和压弯构件的稳定性承载力分别降低8%,4%和6%。残余应力峰值越高,承载力降低越显著,且残余应力的影响与构件长细比、荷载形式和作用方式有关。将采用新型协同转动九节点四边形弹塑性壳单元计算的结果与采用钢结构规范计算公式给出的结果进行对比,发现规范公式基本偏于安全;与通用有限元软件ANSYS的计算结果进行对比,最大偏差约为4%。