960MPa高强度钢材轴压柱局部稳定性能及设计方法摘要：为研究960MPa（屈服强度标准值）高强度钢材轴心受压构件的局部稳定受力性能，本文使用ANSYS软件建立有限元模型，对4个箱形截面和4个工字形截面轴心受压构件进行了有限元分析.模型考虑了几何初始缺陷及焊接残余应力的影响，提取构件的极限承载力和局部屈曲临界承载力的有限元计算结果与试验实测结果进行对比，验证了模型的有效性.利用这种建模方法，对960MPa高强度钢材箱形和工字形轴心受压构件的局部稳定受力性能进行了有限元参数分析，并将有限元计算结果，以及本文汇总的已有试验结果与中国、美国和欧洲的钢结构设计规范中轴心受压构件的设计曲线进行了对比，并提出了新的设计公式.结果表明，本文使用的有限元建模方法能够准确地分析计算960MPa高强度钢材轴心受压构件的局部屈曲受力性能；几何初始缺陷和残余应力对构件的极限应力的影响很小，但是对板件宽厚比较大构件的局部屈曲应力的影响相对较大；相对于中美欧现行钢结构设计规范中的设计方法，本文提出的设计公式更适用于960MPa高强度钢材轴心受压构件的局部屈曲应力和屈曲后极限应力的设计计算.关键词：高强度钢材；轴心受压；局部稳定；有限元方法；设计：TU391文献标志码：A相对于普通强度钢材而言，960MPa高强度钢材的应力应变曲线无明显的屈服平台并且材料的屈强比较大，并不满足大多数设计规范中对结构用钢材的材性要求，这限制了960MPa高强度钢材在工程中的应用.而由于力学性能的变化，由此种钢材构成的焊接截面构件的受力性能将不同于普通强度钢材.此外，为了充分发挥高强度钢材强度高的优势，高强度钢材构件通常采用板件宽厚比较大的截面形式，这将导致构件的局部稳定性能成为重要的制约因素，钢构件由稳定性能控制而不是由强度性能控制的特性将更加显著[1-2].相关研究表明，对于高强度钢材受压构件，截面残余应力与钢材屈服强度的比值要比普通钢材构件小，从而能够提高受压构件的局部稳定承载力.此外，高强度钢材构件可以考虑利用板件局部屈曲后强度进行设计.湖南大学学报（自然科学版）2017年第1期徐克龙等：960MPa高强度钢材轴压柱局部稳定性能及设计方法目前，国内外对于960MPa高强度钢材构件的局部稳定性能的研究较为有限，其中清华大学施刚等[3]对4个箱形截面构件和4个工字形截面构件进行了轴压试验研究.本文运用通用有限元软件ANSYS，建立引入几何初始缺陷和残余应力的有限元模型，将计算结果与已有试验结果进行对比，验证有限元模型.随后利用此有限元模型，对960MPa高强度钢材箱形截面和工形截面轴心受压构件的局部屈曲受力性能进行参数分析，将参数分析结果与中美欧的钢结构设计规范中相关计算公式进行对比分析，并提出新的设计计算方法.1有限元模型验证1.1有限元建模本文选取文献[3]中960MPa高强度钢材箱形截面和工字形截面短柱的轴心受压试验进行有限元模型的验证，采用通用有限元软件ANSYS进行分析计算，选取SHELL181单元和SOLID95单元建立有限元模型模拟轴心受压试验，建模计算过程与文献[4]和[5]所述类似.根据钢材力学性能试验结果[3]，所有试件的有限元模型均采用vonMises屈服准则，本构关系均采用三折线各向同性??化模型，如图1所示.试件的试验实测数据平均值如表1---本文于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---所示，其中，fy表示钢材屈服强度，fu表示极限强度，εy表示屈服应变，εst表示屈服平台末端应变，εu表示极限应变，E表示钢材弹性模量，ν表示泊松比.相对于普通强度钢材而言，960MPa高强度钢材的应力应变曲线无明显的屈服平台并且材料的屈强比较大，并不满足大多数设计规范中对结构用钢材的材性要求，这限制了960MPa高强度钢材在工程中的应用.而由于力学性能的变化，由此种钢材构成的焊接截面构件的受力性能将不同于普通强度钢材.此外，为了充分发挥高强度钢材强度高的优势，高强度钢材构件通常采用板件宽厚比较大的截面形式，这将导致构件的局部稳定性能成为重要的制约因素，钢构件由稳定性能控制而不是由强度性能控制的特性将更加显著[1-2].相关研究表明，对于高强度钢材受压构件，截面残余应...