H形截面钢构件双向压弯破坏机理及应力计算模型研究

作     者：段德馨 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程欣

授予年度：2020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：双向压弯 H形截面 破坏机理 应力分析 局部屈曲 

摘      要：近年来薄柔截面钢构件凭借轻量化绿色环保等优点,不断被抗震设防地区采用为低多层轻钢体系的抗侧力构件。局部屈曲破坏的破坏模态决定了薄柔钢构件低延性的特点,而双向弯矩的作用会放大薄柔钢构件低延性的缺点。因此有必要对薄柔H形钢构件双向压弯滞回性能与屈曲理论进行研究,以给出合理的设计建议。本文以H形截面钢构件为研究对象,对其在双向压弯下的滞回性能和破坏机理展开研究。首先,基于一系列H形截面钢构件的单轴及双轴压弯滞回加载试验结果,考察了加载方向角对其滞回性能的影响。通过比较不同加载方向角下强度、延性、轴向刚度及耗能能力等参数的影响特性,揭示了加载方向角对构件抗震性能的影响规律。并基于一组直线型双轴压弯滞回试验,探讨了扭转效应对H形钢构件的影响机理。随后,利用有限元软件ABAQUS建立了有限元模型,并使用已有试验结果对有限元模型进行了校核。基于试验校核过的有限元模型,对H形截面钢构件进行了多种参数组配下的参数分析,包括翼缘宽厚比、腹板宽厚比、轴压比和加载角度等参数。根据参数分析结果,得出参数对H形钢构件破坏模态的影响机理。接着,通过上述分析可知,H形截面钢构件在不同加载角度,轴压比和宽厚比组配下呈现出复杂多变的破坏模态和滞回性能。选取其中全塑性破坏模态的应力发展过程作为研究基础,总结了双向压弯H形截面构件全塑性破坏模态的应力发展规律,为提出相应的应力分布计算模型奠定基础。然后,基于上述应力发展规律的基础上,结合平截面假定,提出了H形截面钢构件在双向压弯全塑性破坏模态下的全过程全截面应力分布计算模型。基于所提出的应力发展模型,给出相应应力状态的截面承载力计算模型。在模型中充分考虑了H形钢构件截面尺寸,加载角度,轴压比和加载位移（级）的影响。并且基于大量的参数分析结果,比较了所提承载力计算模型和有限元的全过程弯矩-位移曲线,对所提出应力计算模型的准确性及适用性进行了分析。最后,对本文进行了总结,指出了进一步的研究方向。