?

Q550GJC焊接H形鋼柱截面寬厚比限值分析*

雷軼群1　陳水榮1, 2

(1.中冶建筑研究總院有限公司， 北京　100088； 2.中國京冶工程技術(shù)有限公司， 北京　100088)

摘　要：為研究屈服強(qiáng)度為550 MPa及以上的鋼構(gòu)件的局部屈曲，考慮到構(gòu)件局部屈曲與其截面的板件寬厚比有密切聯(lián)系，借助ANSYS有限元分析軟件，對(duì)Q550GJC高強(qiáng)度焊接H形鋼柱截面板件在地震作用下的寬厚比限值進(jìn)行分析。通過考慮構(gòu)件的材料非線性、幾何非線性、初始幾何缺陷和焊接殘余應(yīng)力等影響，對(duì)鋼柱進(jìn)行壓彎滯回計(jì)算，得到構(gòu)件的骨架曲線，并從中計(jì)算出構(gòu)件的延性系數(shù)。結(jié)果表明：得到的Q550GJC焊接H形鋼柱截面板件在地震作用下的寬厚比限值符合GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)度鋼材； 有限元； 寬厚比限值； 殘余應(yīng)力； 滯回曲線； 延性系數(shù)

0　引　言

近些年來，隨著鋼材生產(chǎn)工藝的發(fā)展與創(chuàng)新，高強(qiáng)度鋼材(名義屈服強(qiáng)度大于460 MPa)的質(zhì)量已經(jīng)有所保證，與此同時(shí)，與高強(qiáng)度鋼材相配套的，具有足夠強(qiáng)度、良好韌性和延性的焊接材料也取得了較大的研究進(jìn)展。這些材料方面的發(fā)展與進(jìn)步使得高強(qiáng)度鋼材已經(jīng)在國內(nèi)外多個(gè)工程實(shí)際中得以應(yīng)用[1-4]。

在多、高層鋼結(jié)構(gòu)中，鋼柱同時(shí)承受軸心壓力和彎矩作用，理想模型為壓彎構(gòu)件。鋼結(jié)構(gòu)中的受力構(gòu)件，通常是由寬而薄的板件組成，因此可以將鋼構(gòu)件的受壓、受彎作用歸結(jié)為板件的受力問題。為了保證鋼結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下不倒塌，要求其構(gòu)成板件在經(jīng)歷較大塑性變形后仍具有一定的強(qiáng)度和變形能力，這就要求結(jié)構(gòu)構(gòu)件局部屈曲不早于整體屈曲出現(xiàn)。為了滿足這一設(shè)計(jì)目的，國內(nèi)外現(xiàn)行的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范普遍對(duì)板件寬厚比限值做出規(guī)定，但試驗(yàn)分析與理論研究結(jié)果均是在普通強(qiáng)度鋼材的基礎(chǔ)上得到?；诟邚?qiáng)度鋼材和普通強(qiáng)度鋼材在力學(xué)性能上的差別，對(duì)高強(qiáng)鋼板件寬厚比限值進(jìn)行研究十分必要。

根據(jù)延性地震理論[5]，目前結(jié)構(gòu)影響系數(shù)即地震作用調(diào)整系數(shù)的研究大多采用基于桿件層面的位移延性系數(shù)，而桿件的延性是建立在截面的延性基礎(chǔ)上的，截面延性是確定截面板件寬厚比的重要因素。根據(jù)截面承載能力、塑性轉(zhuǎn)動(dòng)變形能力的不同，我國正在修訂的GB 50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(征求意見稿)增加了截面分類的相關(guān)條文，將設(shè)計(jì)截面分為A、B、C、D、E五級(jí)。其中A級(jí)為塑性設(shè)計(jì)截面；B級(jí)為塑性屈服強(qiáng)度截面；C級(jí)為部分塑性開展的截面；D級(jí)為彈性屈服強(qiáng)度截面；E級(jí)為超屈曲設(shè)計(jì)截面。在不考慮超強(qiáng)系數(shù)時(shí)，這五類截面的延性系數(shù)分別為：A級(jí)為4；B級(jí)為3.33；C級(jí)為2.86；D級(jí)為2.22；E級(jí)為1.82[6]。

本文對(duì)Q550GJC高強(qiáng)度焊接H形鋼柱的板件寬厚比限值進(jìn)行研究，通過數(shù)值模擬的方法，對(duì)構(gòu)件施加初始幾何缺陷及焊接殘余應(yīng)力，并用滯回分析的方法得到不同寬厚比構(gòu)件的延性系數(shù)，最后再通過結(jié)構(gòu)延性系數(shù)的需求反推得到鋼柱板件寬厚比限值的有關(guān)結(jié)論。

1　焊接殘余應(yīng)力和初始幾何缺陷的影響

1.1　高強(qiáng)度鋼材殘余應(yīng)力模型

本次研究所用的焊接殘余應(yīng)力分布模型參考了清華大學(xué)班慧勇的研究成果[7]，分布模型見圖1。其中，tw為腹板寬度，hf為焊趾尺寸；bf為翼緣外伸寬度；e為翼緣中部最大殘余拉應(yīng)力的分布范圍，規(guī)定取值為腹板兩側(cè)焊縫外側(cè)焊趾間距(tw+2hf)。焰切邊附近的最大拉應(yīng)力范圍a和過渡范圍b均取為從焊趾到翼緣端部間距的1/10，即(bf-hf)/10；其余部位c和d的值可由式(1)和式(2)聯(lián)立求得。腹板兩端最大焊接殘余拉應(yīng)力分布范圍u取為焊腳尺寸te，其余分布范圍v和w根據(jù)式(3)和式(4)確定。

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：h0為腹板高度; Af為翼緣面積；Aw為腹板面積;σfr為翼緣殘余應(yīng)力;σwr為腹板殘余應(yīng)力。

對(duì)于工字形截面焊縫附近的殘余拉應(yīng)力值σt，我國GB 50017—2003[8]規(guī)定了普通強(qiáng)度焊接截面構(gòu)件其值取為鋼材的屈服強(qiáng)度fy；但對(duì)于高強(qiáng)度鋼材焊接截面構(gòu)件，國外已有試驗(yàn)結(jié)果表明[9-10]：σt明顯小于鋼材的屈服強(qiáng)度fy。研究表明，焊縫處最大殘余拉應(yīng)力與截面的尺寸無關(guān)。對(duì)于屈服強(qiáng)度為345 MPa以下的鋼材，建議將翼緣中部最大殘余拉應(yīng)力σfrt取為鋼材的屈服強(qiáng)度，這與現(xiàn)有規(guī)范規(guī)定一致；強(qiáng)度等級(jí)為345 MPa以上、550 MPa以下的鋼材，可以統(tǒng)一取為345 MPa；對(duì)于更高屈服強(qiáng)度的鋼材，可統(tǒng)一取為460 MPa。

對(duì)于焊接工字形截面翼緣焰切邊緣處最大拉應(yīng)力σfrte的取值，我國GB 50017—2003規(guī)定為0.4fy～0.75fy[11-12]，歐洲鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范規(guī)定為0.3fy[13]?？紤]到翼緣焰切邊殘余拉應(yīng)力對(duì)工字形截面鋼柱弱軸失穩(wěn)的承載力有提高作用，班慧勇等偏安全地規(guī)定：對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)小于800 MPa的鋼材，σfrte取為50 MPa；對(duì)于更高強(qiáng)度等級(jí)的鋼材，根據(jù)歐洲規(guī)范采用的分布模型，取為0.3fy[7]，該值非常接近試驗(yàn)結(jié)果的平均值。對(duì)于焊接工字形截面腹板兩端焊縫處最大殘余拉應(yīng)力數(shù)值σfrt，通過試驗(yàn)測(cè)試，建議取值與翼緣中部殘余拉應(yīng)力σfrt相同，即對(duì)于屈服強(qiáng)度為345 MPa以下的鋼材，腹板的最大殘余拉應(yīng)力直接取為屈服強(qiáng)度；對(duì)于屈服強(qiáng)度為345 MPa以上、550 MPa以下的鋼材取為345 MPa；對(duì)于更高屈服強(qiáng)度的鋼材，統(tǒng)一取為460 MPa。

鋼結(jié)構(gòu)焊接截面的殘余壓應(yīng)力主要是因?yàn)楹附訜彷斎牒蠼孛姘l(fā)生不均勻冷卻而產(chǎn)生的，與材料強(qiáng)度沒有直接關(guān)系[14]，故可以用絕對(duì)值來表示殘余壓應(yīng)力而不必與材料的屈服強(qiáng)度建立關(guān)系。班慧勇提出由式(5)來表示焊接工字形截面的殘余壓應(yīng)力，為了防止截面尺寸過小使計(jì)算得到的殘余應(yīng)力數(shù)值不合理，對(duì)式(5)限定了計(jì)算結(jié)果的下限值(取為鋼材的名義屈服強(qiáng)度-fy)；同時(shí)也偏于安全地給出了上限值(取為鋼材名義屈服強(qiáng)度fy的10%)。

翼緣殘余壓應(yīng)力：

(5a)

腹板殘余壓應(yīng)力：

(5b)

式中：bf為翼緣外伸寬度；h0為腹板高度。

1.2　初始幾何缺陷模型

鋼構(gòu)件的幾何初始缺陷可以概括為構(gòu)件的整體初彎曲和板件的局部缺陷。目前，在進(jìn)行鋼構(gòu)件的局部或整體的屈曲分析時(shí)，研究人員通常通過提取有限元模型特征值屈曲分析中的第一階屈曲模態(tài)作為構(gòu)件的幾何初始缺陷模態(tài)。GB 50205—2001《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中規(guī)定，對(duì)于工字形截面翼緣板件的局部缺陷幅值取b/100和 3 mm二者的小值，腹板板件的局部缺陷幅值取h/200和3 mm二者的小值[15]。

2　算例設(shè)計(jì)

2.1　模型說明

此次研究采用國產(chǎn)Q550GJC鋼材，構(gòu)件拉伸材料性能采用鄂鋼質(zhì)檢中心為本次國家“十二五”科技支撐項(xiàng)目進(jìn)行的高強(qiáng)度鋼板力學(xué)性能試驗(yàn)的數(shù)據(jù)。再結(jié)合我國目前正在編制的《高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》中對(duì)高強(qiáng)度鋼材物理性能指標(biāo)的要求，本文采用的Q550GJC鋼材的物理性能指標(biāo)如表1，本構(gòu)模型如圖2所示。

本文以鋼框架柱為分析對(duì)象，在水平地震作用下，柱子軸力變化很小，柱端彎矩隨著位移荷載發(fā)生周期性變化。從反彎點(diǎn)處將柱截?cái)噙M(jìn)行分析，則柱子模型可以簡(jiǎn)化為一端剛接、另一端自由釋放的懸臂柱。利用通用有限元軟件ANSYS建立計(jì)算模型，采用Shell 181單元。對(duì)柱施加荷載N，以集中加載的方式加到懸臂端，并在垂直于強(qiáng)軸的方向?qū)?gòu)件施加水平往復(fù)位移荷載。

試件的加載制度參考JGJ 101—96《建筑抗震試驗(yàn)方法》的規(guī)定，采用荷載變形雙控制的加載方式，如圖3所示。首先，對(duì)鋼柱施加軸向集中荷載，使構(gòu)件發(fā)生初始軸向變形；然后，在保持軸向荷載不變的同時(shí)，在柱子自由端施加橫向位移荷載，荷載方向沿腹板方向。取使腹板邊緣纖維進(jìn)入屈服狀態(tài)的水平位移為d0，第1個(gè)循環(huán)幅值為0.5d0，循環(huán)1周；將第2個(gè)循環(huán)位移幅值提高到d0，循環(huán)3周，此時(shí)試件材料開始進(jìn)入屈服后階段；然后，循環(huán)幅值以d0為級(jí)差增量增加，每個(gè)位移幅值循環(huán)3周，直至構(gòu)件達(dá)到破壞狀態(tài)。d0可由材料力學(xué)公式推導(dǎo)得出：

(6)

式中:σy為鋼材屈服強(qiáng)度；σN為軸力作用下的應(yīng)力；l為構(gòu)件長(zhǎng)度；E為彈性模量；y為截面翼緣邊緣到強(qiáng)軸的距離。

2.2　算例設(shè)計(jì)

GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[15]對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件的板件寬厚比的限值要求見表2。為了研究寬厚比大小對(duì)壓彎構(gòu)件滯回性能的影響，驗(yàn)證我國規(guī)范對(duì)高強(qiáng)度鋼材寬厚比限值的合理性，本文對(duì)翼緣外伸部分寬厚比bf/tf分別取5、6、7、8，腹板高厚比h0/tw分別取20、25、30、35，軸壓比N/(Afy)取0.3。一共設(shè)計(jì)16根試件，表示方法為HH03-x-yy。03表示軸壓比為0.3，x表示翼緣寬厚比，yy表示腹板高厚比，例如HH03-6-35表示翼緣外伸部分寬厚比為6，腹板高厚比為35，軸壓比為0.3的柱構(gòu)件。所有構(gòu)件的長(zhǎng)度均取為1 500 mm，所有構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比均小于GB 50011—2010三級(jí)抗震設(shè)防時(shí)規(guī)定的長(zhǎng)細(xì)比限值。

3　計(jì)算結(jié)果

用有限元分析軟件ANSYS對(duì)鋼柱進(jìn)行滯回分析，試件的滯回曲線如圖4所示。從滯回曲線可以直觀看出構(gòu)件的最大承載力、曲線的飽滿程度和承載力退化速度。同時(shí)從滯回曲線中提取出構(gòu)件的恢復(fù)力骨架曲線，如圖5和圖6所示。其中水平反力為滯回曲線中每個(gè)加載級(jí)第一循環(huán)的正峰值和負(fù)峰值絕對(duì)值的算數(shù)平均值。圖5所表示的是翼緣寬厚比、軸壓比一定，腹板高厚比取值不同的承載力骨架曲線。圖6所表示的是腹板高寬比、軸壓比一定，翼緣寬厚比取不同值時(shí)的承載力骨架曲線。

為了定量比較分析壓彎構(gòu)件在軸力和循環(huán)彎矩作用下的滯回性能，本文將從延性這一指標(biāo)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行評(píng)估。延性是通過延性系數(shù)μ來表征的，該系數(shù)反映了構(gòu)件從邊緣纖維屈服開始到整體破壞期間的塑性變形能力及承載力退化速度，延性越大，則地震效應(yīng)對(duì)構(gòu)件影響越小，結(jié)構(gòu)整體抗震性能越好。在構(gòu)件的承載力骨架曲線上可以定義一些特征點(diǎn)：把試件邊緣纖維進(jìn)入屈服狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)的荷載Vy和位移dy規(guī)定為該構(gòu)件的屈服點(diǎn)；取試件到達(dá)承載力最大值時(shí)相應(yīng)的荷載和位移為極值點(diǎn)；定義試件在最大荷載出現(xiàn)以后，隨著變形增加而荷載下降至最大荷載85%時(shí)對(duì)應(yīng)的荷載V85和位移d85為破壞點(diǎn)。本文從滯回曲線得到骨架曲線后采用折線的方式擬合骨架曲線，從骨架曲線得到縱坐標(biāo)最大值Vmax所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，再求得V85和d85。根據(jù)圖7，定義試件的延性系數(shù)μ的計(jì)算公式為μ=d85/dy?？偨Y(jié)上述16根試件的計(jì)算結(jié)果見表3。

4　數(shù)據(jù)分析

由骨架曲線得到構(gòu)件翼緣寬厚比、腹板高厚比與延性系數(shù)的關(guān)系曲線，如圖8所示。分析上述圖表可以得到如下結(jié)論：

1)觀察延性系數(shù)與腹板高厚比關(guān)系的曲線可以看到，翼緣寬厚比相同的構(gòu)件，其延性隨著腹板高厚比增大大致呈降低趨勢(shì)：翼緣寬厚比為5、6的構(gòu)件，隨著腹板高厚比增加，延性系數(shù)下降幅度較小，延性系數(shù)曲線整體較為平緩；而翼緣寬厚比為7、8的構(gòu)件，隨著腹板高厚比的增大，延性系數(shù)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的減小突變。這是因?yàn)橐砭墝捄癖仍酱螅砭墝?duì)腹板的嵌固作用越小，使得構(gòu)件容易產(chǎn)生局部屈曲，導(dǎo)致承載能力下降。

2)觀察延性系數(shù)與翼緣寬厚比關(guān)系曲線可以看到，腹板高厚比相同的構(gòu)件，隨著翼緣寬厚比增大，延性系數(shù)的變化不規(guī)則：腹板高厚比為20、25的構(gòu)件，隨著翼緣寬厚比的增加，延性系數(shù)大體有下降的趨勢(shì)，但是在某個(gè)寬厚比值時(shí)會(huì)產(chǎn)生增加的突變；腹板高厚比為30、35的構(gòu)件，隨著翼緣寬厚比的增加，構(gòu)件延性系數(shù)減小。

3)觀察圖5可以發(fā)現(xiàn)，翼緣寬厚比相同時(shí)，構(gòu)件的腹板高厚比越大則最大承載力越大，但下降速度也越快，滯回曲線越不飽滿。這是因?yàn)楦拱甯吆癖仍酱?，越容易發(fā)生局部屈曲，而且對(duì)翼緣的約束作用也越小。

4)觀察圖6可以看出，腹板高厚比相同時(shí)，翼緣的寬厚比越大，構(gòu)件的最大承載力越大，不過這個(gè)現(xiàn)象與截面尺寸有關(guān)。為保證腹板和翼緣厚度為定值，此次數(shù)值模擬的截面尺寸中變化的是工字形截面的高度和寬度，翼緣寬厚比越大則翼緣寬度方向越長(zhǎng)，剛度也越大，所以可能會(huì)導(dǎo)致最大承載力增大。

由上述模擬結(jié)果可知，構(gòu)件的高度和寬度可能也會(huì)對(duì)H形鋼柱壓彎承載力和延性產(chǎn)生影響，所以在上述模擬情況之外又增設(shè)了8個(gè)試件，尺寸如表4所示，所使用構(gòu)件的高度和寬度均相同，通過改變翼緣和腹板的厚度來得到不同的寬厚比。其他參數(shù)設(shè)置與第3節(jié)相同，軸壓比為0.3時(shí)，得到的構(gòu)件骨架曲線如圖9、圖10所示，延性系數(shù)見表4。然后將新得到的延性系數(shù)與第3節(jié)所對(duì)應(yīng)的相同寬厚比的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如圖11所示。

從表4和圖9—圖11可以看出：1)最大承載力方面，與原模型得到的結(jié)論正好相反，當(dāng)構(gòu)件高度和寬度均相同時(shí)，翼緣寬厚比越小、腹板高厚比越小，其最大承載力越大。這是因?yàn)闃?gòu)件寬度相同，翼緣寬厚比越小則翼緣越厚，對(duì)強(qiáng)軸的抗彎剛度也越大；同理，構(gòu)件的高度相同，腹板的高厚比越小則腹板越厚，抗彎剛度越大。可以看出，焊接H形鋼柱在壓彎作用下的最大承載力與構(gòu)件剛度關(guān)系較大；2)延

性系數(shù)方面，從圖11可以看出，雖然腹板和翼緣的寬厚比均相同，但是因?yàn)橥庑纬叽绲牟煌有韵禂?shù)會(huì)有一定的差異。圖11a為腹板高厚比均為25的情況，新得數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的截面尺寸為274 mm×178 mm，而原有數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的截面高度也為274 mm，但寬度分別為130,154,178,202 mm。從圖中可以看出，翼緣寬厚比相同時(shí)，截面寬度越大，即翼緣厚度也越大，延性系數(shù)亦略高；圖11b所示為翼緣寬厚比均為7的情況，新得數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的截面尺寸為274 mm×178 mm，原有數(shù)據(jù)翼緣寬度為178 mm，高度分別為224,274,324,374 mm。從圖11b中可以看出，腹板高厚比相同時(shí)，構(gòu)件高度越高，延性系數(shù)也較大。

5　結(jié)束語

本文通過數(shù)值計(jì)算方法模擬了焊接H形鋼柱在地震作用下的壓彎受力性能，并通過考察構(gòu)件的延性系數(shù)來考察構(gòu)件的寬厚比限值。

其中A級(jí)和B級(jí)截面均可以達(dá)到全截面塑性，故一般要求鋼柱在地震作用下的延性系數(shù)達(dá)到3.33。對(duì)于屈服強(qiáng)度為550 MPa的鋼材，經(jīng)過上述分析可以看出，構(gòu)件的延性系數(shù)與構(gòu)件截面的高寬比、腹板翼緣的寬厚比均有關(guān)系。按照我國現(xiàn)行的GB 50011—2010的要求，抗震等級(jí)為一級(jí)的、屈服強(qiáng)度為550 MPa的H形截面翼緣外伸部分和腹板的寬厚比限值分別為6.5和28.1。從表3和表4可以看出，當(dāng)截面的高寬比取值接近1.25時(shí)，翼緣外伸部分的寬厚比可以取到7，比GB 50011—2010規(guī)定的稍大，但此時(shí)腹板的取值要相對(duì)小些?？傮w來看，對(duì)于屈服強(qiáng)度為550 MPa的H形截面，在地震作用下，達(dá)到全截面塑性時(shí)，翼緣的寬厚比和腹板的高寬比取值基本符合GB 50011—2010的規(guī)定。

參考文獻(xiàn)

[1]　International Association for Bridge and Structure Engineering. Use and Application of High-Performance Steels for Steel Structures [M]．Zurich：IABSE，2005．

[2]　施剛,石永久,王元清. 超高強(qiáng)度鋼材鋼結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用[J]. 建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展,2008,10(4):32-38.

[3]　Pocook G. High Strength Steel Use in Australia, Japan and the US [J]. Structural Engineer,2006,84(21):27-30.

[4]　曹曉春,甘國軍,李翠光. Q460E鋼在國家重點(diǎn)工程中的應(yīng)用[J]. 焊接技術(shù), 2007,36(4):12-15.

[5]　童根樹. 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[6]　付波. 板件延性系數(shù)和面向抗震設(shè)計(jì)的剛截面分類[D]. 杭州：浙江大學(xué), 2014.

[7]　班慧勇. 高強(qiáng)度鋼材軸心受壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性能與設(shè)計(jì)方法研究[D]. 北京：清華大學(xué), 2010.

[8]　GB 50017—2003　鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[9]　李國強(qiáng)，王彥博，陳素文. 高強(qiáng)鋼焊接箱型柱軸心受壓極限承載力試驗(yàn)研究[C]//第六屆海峽兩岸及香港鋼與組合結(jié)構(gòu)技術(shù)研討會(huì)論文集.香港：2010:328-338.

[10] 鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范管理組. 關(guān)于受壓構(gòu)件科研專題采用殘余應(yīng)力統(tǒng)一模式的通知[M]. 北京：中國計(jì)劃出版社，1983.

[11] 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》編制組.《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》應(yīng)用講解[M].北京：中國計(jì)劃出版社：2003.

[12] 李開禧，肖允徽，鐃曉峰，等. 鋼壓桿的柱子曲線[J]. 重慶建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1985(1)：24-33.

[13] European Convention for Constructional Steelworks. Manual on Stability of Steel Structures[M]. 2nd ed. Bruxelles: ECCS Publ., 1976.

[14] Nishino F, Ueda Y, Tall L. Experimental Investigation of the Buckling of Plates with Residual Stress: Test Methods for Compression Members[J]. American Society for Testing and Materials, 1967(419): 12-30.

[15] GB 50011—2010　建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].

ANALYSIS OF WIDTH TO THICKNESS RATIO LIMITATION OF Q550GJCHIGH STRENGTH WELDED H-SECTION STEEL COLUMNS

Lei Yiqun1　Chen Shuirong1,2

(1. Central Research Institute of Building and Construction of MCC Group, Beijing 100088, China;2. China Jingye Engineering Corporation Limited, Beijing 100088, China)

ABSTRACT：Local buckling of steel column had close relation with the width to thickness ratio of the section. For the study of local buckling of high strength steel, especially the one with yielding point over 550 MPa, the general-purpose finite element analysis software ANSYS was used to analyze the column performance of H-section steel to study the width to thickness ratio limitation under the situation of earthquake. The influences of material nonlinearity, geometric nonlinearity, initial geometric imperfection and residual stress were considered in the finite element models and these models were used to do the hysteretic analysis. After the hysteretic curve was got, the skeleton curve from it was obtained. Then the ductility factors from the skeleton curve were calculated and finally the conclusions showed that the width to thickness ratio limitation of high strength welded H steel columns allowed to the recent code by analyzing the ductility factors.

KEY WORDS：high strength steel; finite element analysis; width to thickness ratio limitation; residual stress; hysteretic curve; ductility factors

DOI:10.13206/j.gjg201602000

收稿日期：2015-10-20

*“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAJ13B01)。

第一作者：雷軼群，男，1991年出生，碩士研究生。

Email: leiyiqun19910627@163.com