【摘 要】
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由于钢材的材质较为均匀,使得钢结构的力学行为更加容易把握。因此钢结构有可能用尽可能少的材料设计出满足能力需求的构件。然而,目前以屈曲应力或工程经验作为钢结构极限状态依据的设计理论与方法,导致了目前钢结构设计仍然偏向保守。这是钢结构发展的一大瓶颈,导致这一瓶颈问题出现的原因有两个:第一,钢结构承载能力极限状态具有固有的不确定性。第二,由于承载能力的不确定性,导致工程人员无法做到足够精准的钢结构设计。
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由于钢材的材质较为均匀,使得钢结构的力学行为更加容易把握。因此钢结构有可能用尽可能少的材料设计出满足能力需求的构件。然而,目前以屈曲应力或工程经验作为钢结构极限状态依据的设计理论与方法,导致了目前钢结构设计仍然偏向保守。这是钢结构发展的一大瓶颈,导致这一瓶颈问题出现的原因有两个:第一,钢结构承载能力极限状态具有固有的不确定性。第二,由于承载能力的不确定性,导致工程人员无法做到足够精准的钢结构设计。解决上述钢结构领域的瓶颈问题,需要新的理论并揭示钢结构更加一般的工作规律。近年来提出的结构受力状态理论与结构失效定律为解决上述瓶颈问题提供了重要参考。本文基于结构受力状态理论和方法,通过对滞回压弯工况下的11根H-截面钢柱的试验数据进行建模分析,揭示了该工况下H-截面钢柱的确定且统一的弹塑性分支点、失效荷载点以及连续失效点规律。拓展了结构受力状态理论的应用范围以及滞回幅值应变和残余应变在钢结构分析领域的应用,具体研究内容如下:（1）引用11根H-截面钢柱的双向压弯滞回试验,将H-钢柱加载过程中的残余应变建模为广义应变能密度（Generalized strain energy density,GSED）并建立与其对应的受力状态数值模式和特征参数。对归一化的GSED和值曲线应用Mann-Kendall准则判定得到H-截面钢柱的特征点P,Q和U。建立屈曲状态变量和残余状态变量并基于这两类状态变量建立受力状态特征对（数值模式-特征参数）。然后,分别将特征点P、Q和U定义为弹塑性分支（Elastoplastic branch,EPB）点、失效荷载点以及连续失效点。定义性价比指标PCR,对比以EPB点和欧洲规范EN1993-1-5作为设计准则的性价比。（2）引用11根H-截面钢柱的双向压弯滞回试验,将正向和反向幅值应变数据建模为广义应变能密度（GSED）。建立与GSED对应的受力状态数值模式以及特征参数,揭示在EPB点、失效荷载点以及连续失效点附近的数值模式与特征参数突变规律。建立表征双轴弯矩相关性演化以及测点间受力状态演化的弯矩相关性曲线以及测点相关性曲线,揭示了弯矩相关性以及测点间受力状态相关性的演化突变特征。通过对上翼缘、下翼缘和腹板的幅值GSED进行演绎性建模,得到板件演绎性曲线,揭示了H-截面钢柱的板件受力状态演化规律。总之,本文通过对11根H-截面钢柱的幅值和残余应变数据进行受力状态建模,揭示其破坏过程中的弹塑性分支点、失效荷载点以及连续失效点规律。验证了结构失效定律对滞回压弯工况H-截面钢柱的适用性,为高等钢结构设计提供参考。
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