国内外对C型钢钢结构的研究依据

发布时间：2016年7月15日   |   阅读次数： 117

国内外对C型钢钢结构的研究依据
C型钢设备钢结构板件宽厚比的范围不同，其力学性能的研究偏重于两个方面：第一、较大宽厚比板件的屈曲强度以及屈曲后强度的工程应用，其研究主要包括：1)不同边界约束条件和荷载分布下的薄板的屈曲强度，2)屈曲后承载力的发展，这方面的研究主要以板件在单调荷载下能够达到的最大承载力或其后一个小的范围为界，这一方面的研究应用较多的体现在规范以板件宽厚比不同而确定其设计承载力的不同，在设计时考虑屈曲后强度的提高，我国现行的冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB50018-2002)也体现了这一研究成果。第二、较小宽厚比板件在反复循环荷载作用下的弹塑性变形性能，分析其塑性耗能能力，确定其C型钢设备对构件抗震性能的影响，这方面的研究在强烈地震多发的国家或地区较多，其研究结果一般适用于宽厚比限制比较严格的构件。以上两方面的研究对较大宽厚比的构件如冷成型薄壁钢构件等在地震多发区轻钢结构应用中所必须解决的问题涉及较少。
国内外对于冷成型钢的研究主要还是集中在静力荷载作用下构件的性能，对构件动力性能研究较少。国外一些国家或地区如欧洲和澳大利亚等，虽然大规模地建造了很多冷成型钢结构房屋，但由于地震作用不是当地设计的控制因素，所以对这方面的关注和研究较少；日本等国已经开始研究薄壁钢柱在循环荷载下的滞回性能，但构件的截面形式单一，近年来一些学者对构件中局部范围使用大宽厚比钢板的构件进行试验，其主要目的是在重型彩钢压瓦机钢结构系统中附加非承重塑性耗能构件，与本文所要研究的对象有较大区别。所以目前的一些研究成果还不能直接应用于我国的冷弯薄壁型钢的设计。过去的二十多年里，国内外学者对钢构件在地震作用下的滞回性能研究主要集中在压弯构件试验和计算模型的研究上，主要采用的都是有限元或有限条方法，构件多采用小宽厚比构件，国内外在这方面的研究取得了丰硕的成果。
总结多年来国内外学者对地震荷载作用下的钢结构的破坏机理的研究成果，目前典型的理论分析模型有以下三种：
1)单调荷载作用下的屈曲模型。该模型对模拟构件的滞回性能提供了骨架曲线，为更深入地研究钢结构构件的滞回性能提供了基础。
2)塑性多弹簧简化模型。利用弹塑性轴向弹簧和剪切弹簧模型来模拟钢梁柱体系的弹塑性部分。该模型考虑了鲍辛格效应、几何非线性和材料非线性，并且考虑了板件局部屈曲对整个构件整体稳定的影响，模型在构件以弯曲变形为主的情况下，滞回性能和试验结果吻合较好。但在构件以剪切变形为主的情况下，滞回性能与试验结果有出入。
3)有限元模型。随着新的有限元模型的建立和发展以及电子计算机技术的迅速进步，使有限元这种数值分析方法的使用更为广泛。现在利用有限元模型已经可以模拟各种边界条件和荷载工况，并且可以实现对结构件受荷载作用全过程的分析。利用有限元方法对钢构件进行数值分析，目前已成为各国学者研究结构件在地震作用下破坏机理的主要方法之一。国外，1998年，使用有限元方法分析了在循环荷载作用下圆柱壳的局部屈曲模式。同年又用有限单元法分析了薄腹箱形截面柱的滞回性能，采用了三表面循环金属塑性本构模型。采用有限元方法对在面内循环荷载作用下薄板进行了弹塑性大变形分析，用AULD格式(Approximateupdated
lagrangianDescription)来分析结构的几何非线性，其弹塑性本构关系采用两面模型。在国内，随动强化模型，大变形板壳有限元法分析了平板及箱形截面短柱在拉压循环荷载下的屈曲性能。此外，西安建筑科技大学的顾强、苏明周等根据非线性有限元的基本理论，考虑几何和材料双重非线性，采用基于修正拉格朗口法描述的八节点五自由度超参数曲壳单元，建立双重非线性有限元方程，并结合混合强化本构关系，编制非线性有限元分析程序。该模型能够较为精确地描述结构滞回性能。该模型过于复杂，用来分析构件费时，较难应用于工程实际，但对于精度要求较高的理论研究还是相当准确的。
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