残余应力对等截面h型钢梁相关屈曲的影响分析

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1、残余应力对等截面H型钢梁相关屈曲的影响分析龙丽华,等:残余应力对等截面H型钢粱的相关屈曲的影响分析残余应力对等截面H型钢梁相关屈曲的影响分析龙丽华蒋健(北京交通大学土建学院北京100044)(烟台市福山区建筑业管理处烟台265500)熊珍(中国建筑发展有限公司北京100037)摘要以有限元分析软件ANSYS为工作平台,基于非线性板壳有限元分析理论,采用大挠度弹塑性分析方法.对轻型门式刚架中H型钢装相关屈曲性能进行了深入的研究.主要考察了残余应力对等截面H型钢粱相关屈曲性能的影响.获得到了一些有价值的

2、蛄论关键词H型薄壁粱相关屈曲残余应力THEEFFECTOFRESIDUALSTRESSONTHEINTERACTIVE.BUCKLINGOFH.SECTH)NSTEELBEAMSLongL【hua(SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,BeijingJiaotongUniversityBeijing100044)diangJian(ManagementOfficeofConstructioninFushanYantai265500)XiongZhen(Chi

3、naStateConstructionDevelopmentCo,LtdBeijing100037)ABSTRACTBasedonthefiniteelementmethod,theinteractivebucklingofstraightH-sectionsteelbeamsusedinportalframestructuresareanalyzedbyANSYS,inwhichgeometricnon-linearityandmaterialnon.1inearityareconsidereda

4、ndshellelementisadopted.Accordingtotheload.deflectioncurvesobtained,theelfectofresidua1stressontheinteractivebucklingofstraightH—sectionsteelbeamsarediscussed.Somevaluableconclusionsaredrawn.KEYWORDSH—sectionbeamwiththinwebinteractivebucklingresidualst

5、ress由于制作和加工的原因,钢构件总是存在各种残余应力,其中以焊接残余应力最为常见.轻型门式刚架中H型钢梁一般由三块薄壁钢板沿板件纵向全长采用角焊缝焊接而成,而焊接是一个局部高温过程,由此产生的不均匀温度场导致了焊接残余应力的产生.当焊缝及其附近金属被加热并发生膨胀时,远离焊缝的冷金属对该部分金属产生约束.焊缝及其附近的热金属在高于600℃时由于进入塑性阶段而产生塑性变形.当温度恢复到室温后,焊接时被加热的金属就会产生拉应力,而约束部分则产生相应的压应力来平衡.焊接残余应力可分为纵向焊接残余应力和

6、横向焊接残余应力.横向焊接残余应力的产生原因是一个构件同～截面上的不同部分之间受热不均;纵向焊接残余应力则是沿构件轴向的不同部分受热不均造成的

7、1]0一般横向焊接残余应力对构件稳定性影响不大,而纵向焊接残余应力对构件稳定性有较大影响,有待详细研究分析.本文只研究纵向焊接残余应力(简称残余应力)对构件稳定性(屈曲)的影响.残余应力的存在可能降低截面抗侧向刚度和构件平面内整体抗弯刚度,导致构件发生整体弯扭屈曲;残余应力的存在也可能使板件提早进入弹塑性阶段,降低板件抗弯刚度,导致板件过早发生局部屈曲;也有

8、可能两者兼有,影响板件局部与构件整体的相关屈曲性能.因此,本文尝试从研究残余应力对等截面H型钢梁相关屈曲的影响出发,探讨H型钢薄壁构件相关屈曲的特殊性.为今后相关屈曲的进一步研究作铺垫,为建立腹板的屈曲后强度利用方法奠定坚实基础_4J.本文以ANSYS软件为工作平台,应用Shell181第一作者:龙丽华女1980年6月出生硕士研究生收稿日期:2005—1O—O9Stee1Construction.2006(1),Vot.21,No,8449科研开发壳单元离散等截面H型钢薄壁梁,对其进行双重非线性全过

9、程的有限元分析,研究等截面H型钢梁在纯弯状态下残余应力对相关屈曲的影响.1计算模型计算模型见图t,H型钢梁两端均设有端板,按铰接考虑,梁翼缘沿纵向每隔4.5m设一道侧向支a一9m;b一13.5iTI;c一坐标系图1计算模型3/¨,3【1一f,撑以约束其平面外失稳.材料的本构关系假定为理想弹塑性,材料屈服强度为235MPa,弹性模量E=2.06×10MPa,泊松比u=0.3.假定构件整体初始几何缺陷为一个正弦半波,峰值为0.001倍的构件长度;局部初始几何缺陷采用随机缺