压弯构件的延性研究

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结构体系的延性对于建筑物的抗震性能有着至关重要的意义,通常采用延性系数来表示这一特性。延性的概念一般可以分为材料、截面、构件三个层次,即材料的延性主要表现在材料的σ—ε曲线方面,截面的延性主要体现在截面的M—Φ曲线方面,构件的延性主要表现在构件的P—△曲线(或M—θ曲线)方面。此外,延性概念还涉及到节点延性和结构整体延性的层次,这两者的延性性能与构件的延性既有一定的关联,又有一定的区别。而且,构件延性需要考虑的影响因素包含了材料延性、截面延性所考虑的因素。因此,研究构件的延性显得非常有意义。本文主要研究的是悬臂压弯构件(悬臂柱)在顶端处承受轴力和集中水平荷载时的延性性能,研究主要从三个方面进行。首先,通过Ansys建模与参数设置,对三种自选截面(1100×100×10×10、1100×100×15×15、1100×100×20×20)和三种常用截面(HW250×250×9×14、HW300×300×10×15、HW400×400×13×21)柱进行了大量的计算分析,得到了各种截面柱在不同轴压比和长细比下的F-u曲线图,并根据延性系数的定义,计算出各种情况下悬臂柱的延性系数,从而我们可以清晰地了解其延性性能。根据所得延性系数,本文提出了悬臂柱的延性分类公式,并对其进行了分类,即延性系数η≥5,延性性能良好;延性系数η<3,延性性能较差;延性系数3≤η<5,延性性能一般。其次,分别对六种截面柱进行二阶弹性和二阶塑性的理论分析,得到了二阶弹性和二阶塑性分析方程,它们分别是二阶弹塑性分析的上限曲线。由理论分析得到的方程,结合Ansys有限元分析得到的F—u曲线图,我们可以验证Ansys有限元分析的正确性,并且在有限元分析结果不理想时,用以辅助确定悬臂柱的延性系数。最后,根据简化数值积分法原理编写程序,程序计算结果合理,并且大大提高了计算效率。
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