留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

考虑相关稳定的非线性金属轴压柱承载力直接强度法

袁焕鑫 杨飞 杜新喜 杨璐

袁焕鑫, 杨飞, 杜新喜, 杨璐. 考虑相关稳定的非线性金属轴压柱承载力直接强度法[J]. 钢结构(中英文), 2020, 35(12): 50-57. doi: 10.13206/j.gjgS20112702
引用本文: 袁焕鑫, 杨飞, 杜新喜, 杨璐. 考虑相关稳定的非线性金属轴压柱承载力直接强度法[J]. 钢结构(中英文), 2020, 35(12): 50-57. doi: 10.13206/j.gjgS20112702
Huanxin Yuan, Fei Yang, Xinxi Du, Lu Yang. The Direct Strength Method for Interactive Buckling Resistance of Axial Compression Members Made of Non-Linear Metallic Materials[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2020, 35(12): 50-57. doi: 10.13206/j.gjgS20112702
Citation: Huanxin Yuan, Fei Yang, Xinxi Du, Lu Yang. The Direct Strength Method for Interactive Buckling Resistance of Axial Compression Members Made of Non-Linear Metallic Materials[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2020, 35(12): 50-57. doi: 10.13206/j.gjgS20112702

考虑相关稳定的非线性金属轴压柱承载力直接强度法

doi: 10.13206/j.gjgS20112702
基金项目: 

湖北省自然科学基金项目(2018CFB441)。

详细信息
    作者简介:

    袁焕鑫,男,1988年出生,博士,副教授。

The Direct Strength Method for Interactive Buckling Resistance of Axial Compression Members Made of Non-Linear Metallic Materials

  • 摘要: 非线性金属结构材料主要包括不锈钢和铝合金两类,其应力-应变关系曲线没有明显的屈服点和屈服平台。材料的比例极限强度往往低于其名义屈服强度,随着构件截面应力水平增至超过材料比例极限强度后,材料的切线模量逐渐降低,但其应变硬化能力较为显著,直接影响截面组成板件的局部稳定和构件的整体稳定承载力。目前考虑局部-整体相关稳定的轴压柱承载力计算一般采用有效截面法,但该类方法针对复杂截面的计算过程较为繁琐,且未能充分考虑截面板件间的约束作用。
    汇总国内外现有关于考虑局部-整体相关稳定的不锈钢和铝合金轴压柱的试验数据,包括不锈钢焊接工字形和箱形截面以及铝合金挤压成型工字形和箱形截面共4类,采用通用有限元软件ABAQUS创建精细数值模型,准确考虑不锈钢和铝合金材料的非线性特性、构件的局部和整体几何初始缺陷以及截面残余应力分布等,通过模拟试验过程得出轴压柱的承载力与失稳破坏形态,根据与试验结果的比较验证所建立有限元模型的准确性。基于验证可靠的有限元模型,对影响轴压柱局部-整体相关稳定性能的关键因素开展参数分析,建立了大量的数值分析算例,着重考察材料归一化屈服强度、应变硬化指数、局部和整体几何初始缺陷以及焊接残余应力对轴压柱稳定承载力的影响规律。
    结合汇总的试验数据和有限元数值算例结果,对现行AISI S100-16《北美冷成型钢结构设计规范》中的直接强度法计算公式进行了评估,表明其计算公式不能准确预测非线性金属轴压柱的相关稳定承载力,而且公式计算结果偏于不安全。采用数值拟合方法,针对不同材料、不同截面形式轴压柱的相关稳定承载力分别提出直接强度法修正计算公式。根据现行中国标准GB 50068-2018《建筑结构可靠性设计统一标准》中给出的可靠指标以及GB 50429-2007《铝合金结构设计规范》和CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》规定的抗力分项系数取值,且参照GB 50068-2018选定4种不同的荷载组合形式,在12种荷载工况组合下对建议的修正计算公式进行可靠度分析,计算得出的构件可靠指标均大于目标可靠指标3.2,表明所提出的直接强度法计算公式满足中国标准的可靠度要求,可以用于计算考虑相关稳定的非线性金属轴压柱承载力。
  • 杨璐, 赵梦晗, 尚帆. 非线性金属材料构件变形性能研究进展[C]//中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会第14届学术交流会暨教学研讨会(ISSF-2014)论文集. 合肥:2014:91-99.
    杨飞, 袁焕鑫, 杜新喜, 等. 非线性金属结构材料轴压短柱承载力直接强度法[J]. 武汉大学学报(工学版), 2020, 53(3):211-218.
    Schafer B W, Peköz T. Direct strength prediction of cold-formed steel members using numerical elastic buckling solutions[C]//Fourteenth International Specialty Conference on Cold-Formed Steel Structures. St. Louis, Missouri:1998.
    Hibbitt H, Karlsson B, Sorensen P. ABAQUS analysis user's manual version 6.10[M]. Providence:Dassault Systèmes Simulia Corp., 2011.
    European Committee for Standardizatlon. Eurocode 3:Design of steel structures Part 1.4:general rules-supplementary rules for stainless steels:EN 1993-1-4[S]. CEN, 2015.
    European Committee for Standardization. Eurocode 9:design of aluminum structures Part 1.1:General structural rules:EN 1999-11[S]. CEN, 2007.
    Mazzolani F M. Aluminum alloy structures[M]. 2nd ed. Boca Baton:CRC Press,1995.
    袁焕鑫, 王元清, 石永久, 等. 不锈钢焊接工字形截面残余应力分布试验研究[J]. 建筑结构学报, 2014, 35(6):84-92.
    王元清, 袁焕鑫, 石永久, 等. 不锈钢焊接箱形截面残余应力试验与分布模型[J]. 东南大学学报(自然科学版), 2013, 43(5):979-985.
    袁焕鑫. 焊接不锈钢轴心受压构件局部稳定和相关稳定性能研究[D]. 北京:清华大学, 2014.
    沈祖炎, 郭小农. 对称截面铝合金挤压型材压杆的稳定系数[J]. 建筑结构学报, 2001,22(4):31-36.
    Zhu J H, Young B. Tests and design of aluminum alloy compression members[J]. Journal of Structural Engineering, 2006, 132(7):1096-1107.
    Zhai X M, Wang Y J, Wu H, et al. Research on stability of high strength aluminum alloy columns loaded by axial compressive load[J]. Advanced Materials Research, 2010,168-170:1915-1920.
    常婷. 铝合金轴心受压构件局部稳定与相关稳定性能研究[D]. 北京:清华大学, 2014.
    AISI. North American specification for the design of cold-formed steel structural members:AISI S100[S]. Washington DC:American Iron and Steel Institute, 2016.
    舒赣平, 郑宝锋, 范圣刚, 等. 不锈钢轴心受压柱弯曲屈曲承载力分析[J]. 建筑结构学报, 2013, 34(11):116-122.
    Aluminum Association. Aluminum design manual[M]. Washington, DC:Alumimum Association, 2010.
    中国工程建设协会. 建筑结构可靠性设计统一标准:GB 50068-2018[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2018.
    戴国欣, 夏正中. 建筑钢结构适用性分析[J]. 建筑结构学报, 2000, 21(3):36-40.
    中国工程建设协会. 不锈钢结构技术规程:CECS 410:2015[S]. 北京:中国计划出版社, 2015.
    中华人民共和国建设部. 铝合金结构设计规范:GB 50429-2007[S]. 北京:中国计划出版社, 2008.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  21
  • HTML全文浏览量:  4
  • PDF下载量:  10
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-10-20

目录

    /

    返回文章
    返回