雙向壓彎薄柔H形截面鋼構件的滯回性能

《雙向壓彎薄柔H形截面鋼構件的滯回性能》是依託太原理工大學，由程欣擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：雙向壓彎薄柔H形截面鋼構件的滯回性能
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：程欣
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

構件在多維地震作用下的安全性始終是結構設計的基本問題之一，為推廣薄柔截面鋼構件(不滿足塑性截面要求的板件組成的構件)的套用並確保其在地震作用下的安全性，亟需對其在雙向水平地震作用下抗震性能展開研究。本項目以輕量化鋼結構中的薄柔H形截面鋼構件為主要研究對象，採用試驗研究、非線性有限元數值分析和理論研究相結合的研究方法，系統研究其在軸力和雙向彎矩共同作用下的滯回性能。本項目將深入揭示薄柔截面鋼構件在雙向壓彎作用下的破壞機理、雙向彎矩相互作用及板件屈曲相關作用等基本規律，確定影響構件性能的主要因素；解決考慮板件相關作用及局部屈曲影響的極限承載力相關曲線計算方法與空間恢復力模型等基本問題；建立鋼構件空間受力條件下的屈曲耗能評價機制；提出承載、延性與耗能三者綜合控制的抗震設計建議。本項目將有效提高薄柔截面鋼構件在建築鋼結構中的套用效率，為加速我國住宅產業化發展及城鎮化建設做出貢獻。

結題摘要

本項目對薄柔H形截面鋼構件在雙向壓彎作用下的滯回性能展開了系統研究。首先對薄柔H形截面鋼構件進行了常軸壓力下往復雙向壓彎的試驗研究；隨後採用大型有限元軟體ABAQUS展開了參數分析；基於試驗和參數分析，對薄柔截面鋼構件在軸力和雙向彎矩共同作用下若干基本問題進行了深入分析。 研發並加工了一套精密的三維載入測量試驗系統，對18根不同寬厚比及載入路徑下的H形截面鋼構件進行了常軸壓力下雙向壓彎滯回性能試驗，考察了在複雜載入路徑下以局部屈曲為主要破壞機制的鋼結構構件的破壞機理，極限承載能力、延性、耗能能力等重要性能。 採用ABAQUS軟體建立了能精確考慮各項非線性性能的有限元模型，並用該模型進行了大量的參數分析。考察了其中最主要的影響參數，包括翼緣寬厚比、腹板寬厚比、軸壓比及載入方向角等，對薄柔H形截面鋼構件雙向壓彎性能的影響機理。 歸納總結出4種主要破壞模態，包括全截麵塑性、翼緣屈曲先於腹板屈曲、腹板屈曲先於翼緣屈曲、和翼緣腹板同時屈曲。並探討了這4種破壞模態的全程應力發展過程、雙向彎矩-轉角發展過程及極限狀態的特點。該發現從微觀機制上解釋了H形截面鋼構件雙向壓彎下的板件屈曲相關機理，及其對構件承載性能的影響機制。 提出“能量拐點法”確定了雙向壓彎下的極限狀態。其核心觀點是將能量視為載入位移的曲線，外力做功的零交叉點時刻視為承載力的峰值點。並基於大量參數分析，提出了操作簡單，概念清晰的雙向壓彎極限曲線。該曲線可為H形截面鋼構件複雜受力狀態提供設計依據。基於試驗和大量參數分析得到的彎矩-曲率關係提出了基於骨架曲線（邊界曲線）和滯回規則的恢復力模型，該恢復力模型含有板件屈曲相關作用的影響。 構件在多維地震作用下的安全性始終是結構設計的基本問題之一，本項目研究將有效提高薄柔截面鋼構件在裝配化建築鋼結構中的套用效率，同時為各種輕量化的鋼結構提供思路。