高强热轧等边角钢短柱试验的建模分析

    孙维喜

    

    

    摘?要：本文利用非线性有限元分析软件ABAQUS，对高强热轧等边角钢短柱试验进行了有限元模拟与分析，建模的方法和步骤在文中详细描述。

    关键词：有限元模型;高强钢;热轧角钢;短柱

    文章编号：2095-4085（2020）08-0081-01

    作为一种新兴的建筑材料，高强钢在近年来被广泛应用于建筑结构工程中。高强钢具有传统碳钢所不具备的超高材料强度，能够减少截面尺寸，降低结构自重。国外学者（Rasmussen and Hancock （1992）[1]，Sun et al. （2019）[2-3]）已开展了大量试验项目，对高强钢受压构件进行研究。本文利用有限元软件ABAQUS，对高强热轧等边角钢短柱试验进行有限元建模与分析。

    1?有限元模型建立

    模型的建立基于四节点曲壳单元S4R，壳单元的宽度等于角钢厚度t。在弹塑性材性建模中，输入到ABAQUS中并赋予模型的材性模型是塑性应变与真实应力曲线，它们是基于式（1）和式（2）对试验中得到的高强钢名义应变与名义应力曲线进行转换所得到的，其中E为高强钢的弹性模量， fnom和ftrue分别为名义应力和真实应力，εnom和εlnpl分别为名义应变和塑性应变。

    热轧角钢含有数值较小的残余应力，因此残余应力在此次建模中未予考虑。建模中充分考虑初始几何缺陷。模型通过特征值屈曲分析产生不同的局部失稳模态，第一阶局部失稳模态被作为初始几何缺陷被赋予等边角钢短柱模型，初始几何缺陷幅值为t/100（即初始缺陷因子为t/100）。等边角钢短柱的每个端面的所有单元都耦合于一个参考点，底部参考点完全约束无平动和转动自由度，顶部参考点则只能沿轴向平动，以此来实现两端固定轴向加载的边界条件。

    2?有限元模型分析

    利用非线性静态Riks方法分析有限元模型，可以得到模型的破坏形态，荷载-承载力曲线和最大荷载。图1展示了截面为50×50×5的高强热轧等边角钢短柱有限元模型的破坏模态。

    3?结?语

    基于有限元分析软件ABAQUS，本文对高强热轧等边角钢短柱试验进行有限元建模与分析。所建立有限元模型通过非线性静态Riks方法进行分析，得到一系列数值结果，从而证明其可以模拟高强热軋等边角钢短柱试验。

    参考文献：

    [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.