趙軍

（凱里學(xué)院 建筑工程學(xué)院，貴州 凱里556000）

隨著我國(guó)城市化的推進(jìn)和工業(yè)化的發(fā)展，鋼板因其強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、集成化生產(chǎn)、施工速度快等眾多優(yōu)點(diǎn)在建筑、醫(yī)療、船舶等行業(yè)應(yīng)用愈加廣泛，由于鋼板強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、施工簡(jiǎn)便、工期短，廣泛應(yīng)用于大跨度結(jié)構(gòu)、高層建筑、船舶甲板、飛機(jī)艙體等結(jié)構(gòu)里。目前對(duì)鋼板受彎受剪承載力的研究較多，而鋼板軸向受壓屈曲破壞的研究少之又少，在一定程度上制約了鋼板結(jié)構(gòu)的發(fā)展。鋼板的軸向受壓承載力受鋼板厚度、寬度、強(qiáng)度等級(jí)、邊界條件、殘余應(yīng)力等諸多因素影響，而本文主要研究鋼板寬厚比對(duì)鋼材軸向受壓承載力的影響。

在寬厚比對(duì)鋼板軸向受壓承載力實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)之上，用ABAQUS 模擬鋼板在軸向受壓情況下鋼板屈曲破壞分析，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證有限元模擬分析的的準(zhǔn)確性，同時(shí)為鋼板軸向受壓承載力研究提供理論基礎(chǔ)。

1 單元選取及模型建立

圖1 鋼板軸向受壓示意圖

圖2 鋼板軸向受壓有限元建模圖

表1 實(shí)驗(yàn)樣本材料構(gòu)件參數(shù)

為考慮不同寬厚比對(duì)鋼板軸向受壓條件下的影響，Bradfied實(shí)驗(yàn)抽取由寬厚比為25 至70 軸向受壓鋼板共14 組樣本，每個(gè)樣本鋼板邊界條件為簡(jiǎn)支撐。為定量分析研究鋼板在不同寬厚比下軸向受壓影響，所有鋼板均采用同樣簡(jiǎn)支撐邊界條件，鋼板厚度均為6mm,長(zhǎng)度為寬度的4 倍，理論屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、楊氏模量、泊松比均相同。在長(zhǎng)邊方向施加軸向壓力，觀察其屈曲變形直至破壞整個(gè)過(guò)程，測(cè)得屈服強(qiáng)度及極限強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)物理模型和ABAQUS 建模如圖1 和圖2。

樣本序號(hào)根據(jù)樣板特點(diǎn)命名，比如25S 1U，25 是寬厚比；S為簡(jiǎn)支撐；1 為初始撓度與寬度的比值（Δ/b=0.001）；5 為初始撓度與寬度的比值（Δ/b=0.005），U 為無(wú)焊縫鋼板。

2 實(shí)驗(yàn)值與有限元模擬數(shù)值對(duì)比分析

經(jīng)過(guò)有限元模擬分別得出鋼板的極限抗壓強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的比值（óm/ó0）FEA與Bradfied 實(shí)驗(yàn)極限強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度比值（óm/ó0）EXP進(jìn)行對(duì)比分析，不難發(fā)現(xiàn)，鋼板軸向受壓條件下有限元分析值與實(shí)驗(yàn)值偏差平均保持在10%左右，同時(shí)，極限強(qiáng)度隨著寬厚比的的增大而逐漸減小，具體分析結(jié)果如下：

表2 實(shí)驗(yàn)與有限元結(jié)果分析

3 結(jié)論

3.1 通過(guò)ABAQUS 有限元模擬得出的簡(jiǎn)支鋼板軸向壓力下的極限強(qiáng)度與屈強(qiáng)度比值，同時(shí)與Bradfied 實(shí)驗(yàn)數(shù)值進(jìn)行比較。幾何形態(tài)、材料性能、邊界條件等參數(shù)均與實(shí)驗(yàn)樣本相同，其破壞特征與實(shí)驗(yàn)破壞現(xiàn)象基本相吻合。

3.2 鋼板軸向受壓承載力有限元模擬值與實(shí)驗(yàn)值之間存在約10%的偏差，這種偏差在可能來(lái)源于實(shí)驗(yàn)鋼板的殘余應(yīng)力所致，再者由于實(shí)驗(yàn)為非理想狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)人員難以設(shè)置與有限元模擬完全一致的邊界條件，而ABAQUS 有限元模擬忽略了殘余應(yīng)力的影響及邊界條件理想化，所有導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)值與有限元模擬數(shù)值的偏差，然而平均偏差值僅為10%左右，表明簡(jiǎn)支鋼板軸向壓力下的極限強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度有限元模擬符合實(shí)際情況，驗(yàn)證了簡(jiǎn)支鋼板在軸向壓力下承載力隨著高寬比增大而減小的準(zhǔn)確性。

3.3 鋼板軸向受壓承載力進(jìn)行有限元模擬分析，在不同的高寬比條件下得出的極限強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度的比值逐漸減小，說(shuō)明鋼板的極限承載力隨著其寬厚比增大而減小，為優(yōu)化鋼板在軸向壓力下的受力性能研究提供理論基礎(chǔ)。