高强钢焊接薄腹工形截面双向压弯构件的稳定研究.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文
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西安建筑科技大学硕士学位论文
高强钢焊接薄腹工形截面双向压弯构件的稳定分析
专业:结构工程
硕士生:曹凯翔
指导教师:杨应华教授
摘要
在高强钢(强度等级460Mpa)工形截面压弯构件的设计中,若采用《钢结构设
计规范》(GB50017-2003)中腹板高厚比的限值,过于严格,不利于其高强承载力的
发挥。较为合理的设计方法是采用高而薄的腹板,此方法虽容易导致腹板的局部屈曲,
但并不表明构件丧失了承载力。因此,适当放宽腹板高厚比,利用腹板的屈曲后强度,
形成薄(宽)腹工形截面构件,可以充分发挥构件的潜力,有效利用钢材。
首先利用有限元程序建立了焊接薄腹工形截面双向压弯构件的有限元模型,对
Q460 高强钢构件进行屈曲分析,研究了参数腹板高厚比,构件长细比,翼缘宽厚比,
荷载偏心率对其稳定承载力的影响,并与相当的 Q235 钢构件的稳定承载力对比,最
后结合《钢结构设计规范》(GB50017-2003)和北美规范(AISI2004),用直接强度法
提出 Q460 高强钢双向压弯构件相关屈曲的设计公式,并用有限元结果对相关公式中
的参数进行修正。
经过分析研究,与普通钢材焊接薄腹工形压弯构件类似,当轴力起主导作用时,
腹板局部屈曲对构件稳定承载力影响较大,而当弯矩起主导作用时,腹板局部屈曲对
构件稳定承载力影响较小,其影响程度与腹板高厚比,构件长细比、翼缘宽厚比和荷
载偏心率有直接关系;与相当的 Q235 钢构件相比,Q460 高强钢构件的承载力较高,
高出幅度与腹板高厚比、构件长细比、翼缘宽厚比和荷载偏心率有一定的关系。我国
现行的规范《钢结构设计规范》(GB50017-2003)和《门式刚架轻型房屋技术规程》
(CECS102:2002)中的设计方法不能准确地计算 Q460 高强钢焊接薄腹工形截面双向
压弯构件的稳定承载力,且相对于有限元结果偏于保守,提出的修正的直接强度法有
较好地精度,且偏于安全。
关键词:高强钢;焊接薄腹工形截面;双向压弯构件;有限元;稳定承载力;直接强
度法
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西安建筑科技大学硕士学位论文
Stability analysis of welded Q460 I-section columns with slender
web under biaxial bending
Specialty: Structural Engineering
Name: Cao kaixiang
Instructor: Prof. Yang Yinghua
Abstract
In the design of high-strength steel (Yield strength ≥ 460MPa) welded I-section
beams-columns , the web width-thickness ratio in the code for design of steel structures
(GB50017-2003) is so restrictive that the capacity of high-strength steel member can not be
fully developed. In the present design method, thin and high webs are adopted,which leads
to the local buckling of the web. But this doesn't means the loss of overall bearing capacity.
So broadening the web width-thickness ratio appropriately and forming I-section members
with slender web can give full play to the effective use of the post buckling strength of
plate.
Firstly, the finite element model of Q460 I-section columns with slender web under
biaxial bending are established and the stability capacity is analyzed by finite method.
Secondly, the effects of