高强钢焊接箱形柱受力性能研究(Ⅰ):残余应力统一分布模型

现有高强钢焊接箱形截面残余应力分布模型仅适用于特定强度等级的高强钢,尚缺乏适用于不同强度等级高强钢的残余应力分布模型。为此,基于不同强度等级高强钢焊接箱形截面残余应力的已有试验,研究钢材的强度等级、板件厚度及宽厚比对残余应力分布和峰值的影响,提出不同强度等级高强钢焊接箱形截面的残余应力统一分布模型。该模型采用多重阶梯函数形状,适用于屈服强度460~960 MPa的焊接箱形截面,且满足每个板件自平衡条件和对称性。将残余应力统一分布模型的形状、数值和已有试验结果进行对比,证明该模型的准确性。在基于纤维模型的极限承载力数值分析中,分别采用残余应力统一分布模型和已有分布模型计算高强钢焊接箱形柱的受压承载力,并将各自得到的极限承载力与已有试验结果进行对比。研究结果表明,采用残余应力统一分布模型后,不同等级高强钢焊接箱形柱的纤维模型计算能更准确地预测其极限承载力。残余应力统一分布模型可为不同等级高强钢焊接箱形柱的二阶非弹性分析提供参考。

高强钢焊接箱形柱力学性能研究(Ⅱ):二阶非弹性分析

高强钢的焊接残余应力分布和普通钢材的有较大差异,现有的切线模量和刚度退化函数不适合用于高强钢焊接箱形截面的二阶非弹性分析。而精炼塑性铰模型通过切线模量和刚度退化函数可合理考虑残余应力的影响和塑性渐进发展,达到与塑性区模型相近的精度。基于此,提出适合高强钢焊接箱形截面的二阶非弹性分析方法。通过稳定函数考虑单元二阶效应,基于杆端部转动引起的构件弯曲及其导致的轴向应变,考虑弯曲效应。在精炼塑性铰模型中,采用高强钢焊接箱形截面的残余应力统一分布模型,通过截面分析法构建不同强度等级的焊接箱形截面切线模量计算公式。同时,分析轴力和弯矩共同作用下的渐进屈服对箱形截面刚度退化的影响,从而建立可模拟截面塑性发展的刚度退化函数。结合塑性铰的产生与发展对平衡微分方程解的影响,建立梁柱单元的弹塑性刚度矩阵。结果表明,所提出的二阶非弹性分析方法可准确分析高强钢焊接箱形截面轴压构件的力学性能,可应用于高强钢框架结构设计,为二阶非弹性分析方法的工程应用提供参考。