国产热轧H型钢梁整体稳定性能的理论与试验研究

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本文以纯弯构件为基本荷载类型,对国产热轧H型钢梁的整体稳定性能进行了理论和试验两方面的系统分析,评估了GB50017规范(送审稿)对国产热轧H型钢梁整体稳定计算的适用性,为国产轧制H型钢的推广应用创造了条件。 以ANSYS作为有限元分析工具,首先简要分析了残余应力对热轧H型钢梁整体稳定性能的影响,证实了残余应力主要影响中等长度构件的弹塑性整体稳定性能,同时证实,翼缘尖端残余压应力水平对梁整体稳定性能影响最大,但当翼缘尖端残余压应力水平相差0.2时,临界弯矩仅相差大约5%,说明对残余应力分布离散陛相对较小的热轧H型钢来说,采用一种残余应力模式进行分析是可行的。 在以上分析的基础上,对所有构件翼缘尖端残余压应力水平统一取用R_F=σ_F/f_y=-0.3,并采用二次抛物线残余应力模式,利用ANSYS提供的BEAM189单元建模,对三种类型(HW、HM、HN)共六个截面规格的国产热轧H型钢纯弯构件在各种长细比下的整体失稳现象进行了模拟,求得了临界失稳弯矩。 对以上数据进行系统分析表明,GB50017规范(送审稿)对梁整体稳定问题的计算方法是适用于HN及HM型热轧H型钢梁的,与HN型截面尤其吻合;对HW型截面,由于未考虑平面内弯曲对梁整体稳定的提高作用,规范方法过于保守。为完善性起见,建议规范应把此类截面与其它两类截面分开处理。 根据ANSYS计算结果并进行了一定的折减拟合了HW型截面梁整体稳定系数计算公式。此公式基于纯弯构件得出,但可适用于其它荷载形式。 通过大量的数值分析,研究了规范公式中扭转惯性矩的简化对国产热轧H型钢梁整体稳定计算的影响。结果表明,此项简化带来的误差是有一定规律的:一般使小型号截面梁计算值偏低,使大型号截面梁计算值偏高。对于国标《热轧H型钢和剖分T型钢》(GB/T11263-1998)热轧H型钢截面规格表中HN型截面高度标号在700以上(含700)的规格及高度标号在500和600号的非常用规格(表中标记为#),规范公式偏于不安全。在此基础上提出了适用于这些 西安建筑科技大学 一 截面的计算公式。 对规范在梁长细比人三120 Jt22时的近似计算公式进行了分析,指出其对国产热轧H型 钢梁过于保守。在文献[21」对该公式所作修正的基础上,进一步修改了该文所提出的HW型截面 梁的近似公式,以考虑平面内弯曲的影响。 上述修正公式虽比规范公式精确,但在长细比大于90 J——时计算值仍下降过快,对长细 比在120 pp~150 J222之内的压弯构件偏低过多。本文基于此提出了适用于 人、51 50/二二二以内所有长度的压弯及受弯构件计算整体稳定的相对简化公式,此公式虽形式 稍繁,但误差大大减小,可供工程精度要求较高时选用。 同时,进行了14根热轧H型钢梁的整体稳定试验研究,验证了以上结论。
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