高強熱軋等邊角鋼短柱試驗的建模分析

孫維喜

摘?要：本文利用非線性有限元分析軟件ABAQUS，對高強熱軋等邊角鋼短柱試驗進行了有限元模擬與分析，建模的方法和步驟在文中詳細描述。

關(guān)鍵詞：有限元模型;高強鋼;熱軋角鋼;短柱

文章編號：2095-4085（2020）08-0081-01

作為一種新興的建筑材料，高強鋼在近年來被廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)工程中。高強鋼具有傳統(tǒng)碳鋼所不具備的超高材料強度，能夠減少截面尺寸，降低結(jié)構(gòu)自重。國外學(xué)者（Rasmussen and Hancock （1992）[1]，Sun et al. （2019）[2-3]）已開展了大量試驗項目，對高強鋼受壓構(gòu)件進行研究。本文利用有限元軟件ABAQUS，對高強熱軋等邊角鋼短柱試驗進行有限元建模與分析。

1?有限元模型建立

模型的建立基于四節(jié)點曲殼單元S4R，殼單元的寬度等于角鋼厚度t。在彈塑性材性建模中，輸入到ABAQUS中并賦予模型的材性模型是塑性應(yīng)變與真實應(yīng)力曲線，它們是基于式（1）和式（2）對試驗中得到的高強鋼名義應(yīng)變與名義應(yīng)力曲線進行轉(zhuǎn)換所得到的，其中E為高強鋼的彈性模量， fnom和ftrue分別為名義應(yīng)力和真實應(yīng)力，εnom和εlnpl分別為名義應(yīng)變和塑性應(yīng)變。

熱軋角鋼含有數(shù)值較小的殘余應(yīng)力，因此殘余應(yīng)力在此次建模中未予考慮。建模中充分考慮初始幾何缺陷。模型通過特征值屈曲分析產(chǎn)生不同的局部失穩(wěn)模態(tài)，第一階局部失穩(wěn)模態(tài)被作為初始幾何缺陷被賦予等邊角鋼短柱模型，初始幾何缺陷幅值為t/100（即初始缺陷因子為t/100）。等邊角鋼短柱的每個端面的所有單元都耦合于一個參考點，底部參考點完全約束無平動和轉(zhuǎn)動自由度，頂部參考點則只能沿軸向平動，以此來實現(xiàn)兩端固定軸向加載的邊界條件。

2?有限元模型分析

利用非線性靜態(tài)Riks方法分析有限元模型，可以得到模型的破壞形態(tài)，荷載-承載力曲線和最大荷載。圖1展示了截面為50×50×5的高強熱軋等邊角鋼短柱有限元模型的破壞模態(tài)。

3?結(jié)?語

基于有限元分析軟件ABAQUS，本文對高強熱軋等邊角鋼短柱試驗進行有限元建模與分析。所建立有限元模型通過非線性靜態(tài)Riks方法進行分析，得到一系列數(shù)值結(jié)果，從而證明其可以模擬高強熱軋等邊角鋼短柱試驗。

參考文獻：

[1]RASMUSSEN K J R， HANCOCK G J. Plate slenderness limits for high strength steel sections[J]. Journal of Constructional Steel Research，1992，（23）：73-96.

[2]SUN Y， LIANG Y， ZHAO O. Testing， numerical modelling and design of S690 high strength steelwelded I-section stub columns[J]. Journal of Constructional Steel Research，2019，（159）：521-533.

[3]SUN Y， HE A， LIANG Y， ZHAO O. In-plane bending behaviour and capacities of S690 high strength steelwelded I-section beams[J].Journal of Constructional Steel Research，2019，（162）：105741.