工形截面钢构件在循环荷载作用下平面外相关屈曲分析及抗震设计对策

【摘要】：钢结构在地震中发生的典型破坏主要有局部屈曲、脆性断裂和低周疲劳破坏。所以导 致钢结构局部破坏，主要由于对其在地震作用下的破坏机理认识不足，现行设计规范中对 钢构件有重要影响的板件宽厚比的限值仍沿用非抗震塑性设计要求，其已不能满足循环荷 载作用下塑性变形和耗能要求。因此,研究低周循环荷载作用下的钢结构破坏机理并提出 抗震设计对策意义重大。 结构钢本构关系的精度直接影响分析结果的可靠度。本文采用混合强化准则，考虑 Baushinger 效应、屈服平台、硬化（软化）效应、损伤和损伤演化的影响，首次建立了结 构钢弹塑性各向异性损伤本构模型，为实现精确数值分析奠定了基础。 结合构建的本构关系，采用八节点超参数壳体单元，推导了用U.L.格式及Cauchy应 力描达的板壳双重非线性有限元方程，并编制了计算程序。验证方法和程序的可靠性后， 首次系统分析了双轴对称工形截面悬臂梁在循环荷载作用下构件长细比、板件宽（高）厚 比及残余应力对梁滞回性能的影响规律，提出不需计算整体稳定的最大长细比建议公式； 提出了梁翼缘和腹板宽（高）厚比的相关公式、梁稳定承载力的计算公式。 随后，重点分析了长细比、轴压比、翼缘和腹板宽（高）厚比对压弯构件平面外滞回 性能的影响规律。提出不需考虑整体稳定的最大长细比建议公式；结合不同设防烈度及对 钢梁柱的延性要求，提出最大长细比限值及翼缘和腹板宽（高）厚比的相关公式；提出了 循环荷载作用下压弯构件平面外稳定承载力计算公式。 钢结构抗震性能研究是倍受国内外关注的复杂课题，研究前景十分广阔。本文研究填 补了此领域的空白，为更深入进行钢结构地震反应分析、揭示其客观规律创造了条件。