工程结构用钢屈强比分析与探讨

　　0　引言

　　屈服强度 (Yield　stress)和抗拉强度 (Tensilestrength)的比值称之为屈强比，R=Y/T.以往屈强比被认为是和材料的塑性变形能力有关的，低的屈强比将提供较大的抗断裂安全 裕度.然而，屈强比对于钢结构可靠性的影响是一个复杂的问题[1].现代钢结构设计的主要目标之一是通过对高强度钢的利用来达到优化钢结构重量的目的，从 而获得良好的经济效益[2].工程设计中更多的是以屈服强度作为承载构件的设计依据.但是，一般来讲随着钢级提高，管线钢的屈服强度和抗拉强度均有不同程 度的提高，而屈服强度增长较快，屈强比值呈明显升高趋势[3].对高强度钢应用的障碍之一就是规范中对于屈强比的限制特别的严格，从而对高强度钢的应用就 得到了限制.引进这种限制的主要原因之一就是由于缺少对屈强比影响的明确指导.因此，由于屈强比对钢结构的影响目前缺乏定量的研究，致使用户对高强度钢的 使用缺乏了信心.人们常常对屈强比的重要性做出错误的认识，习惯上认为较低的屈强比(小于0.7)对于钢结构进入屈服后塑性破坏或断裂提供了良好的安全裕 度[2].

　　本文通过使用大型通用有限元软件ABAQUS，对承受面内弯矩的T型管节点进行计算分析，得到屈强比和T型管节点承载能力之间的关系，并分析影响这种钢结构承载能力的其它一些因素，从而为以后钢结构的工程设计提供一个明确的思路.

　　1　力学模型建立

　　1.1　T型管节点及参数

　　T型管节点几何模型及其几何参数符号见图1所示.几何特征参数:

　　其中d为支管直径;D为弦管直径;l为支管长度，L为弦管长度;t为支管厚度;T为弦管厚度[4].实际使用中，上述管节点无量纲几何参数应当满足一定的取值范围.

　　1.2　有限元模型

　　本文使用FEMAP软件进行建模并划分网格，本模型采用的是四节点壳体单元，由于在弦管与支管的交汇处，曲面的曲率不连续，是应力集中区域，在 该处网格要适当加密.模型总规模为5361个单元，5417个节点，有限元模型见图2.本文采用ABAQUS软件作为有限元分析解题器，应用的是 ABAQUS单元库中的S4标准单元，沿厚度方向设置5个积分点(默认值).材料的弹模型量为E=210GPa，泊松比为μ=0.3，在研究屈强比、屈服 强度、静力韧度对钢结构的承载能力的影响时，使t=T=1mm，之后改变钢结构几何尺寸，t=3mm，T=5mm，研究钢结构承载能力与屈强比、屈服强 度、静力韧度的关系.

　　1.3　加载方式与边界条件

　　T型管节点在支管(brace)上通常有三种加载形式，即轴向拉伸 (axial　loading)、面内弯矩 (in-plane　bending)和面外弯矩(out-plane　bending).本文只研究T型管节点支管承受面内弯矩(in- planebending)的情况，示意图见图3(a)，边界条件示意图见图3(b).