残余应力与边界条件耦合作用对H型钢柱构件承载能力的影响

　　1 引言

　　H 型钢构件在生产过程中不可避免的产生残余应力及性能不均。国内外关于残余应力等物理参数及其形态对构件承载能力的研究，大多是引入Lehigh[1]大学所测试的 H 型钢残余应力模型和一些科研人员[2]根据Lee 的残余应力模型简化得到的抛物线模型，并在单一边界条件下讨论残余应力的影响[3-4]。但是，前人的研究中由于未针对大型 H 型钢构件进行实际残余应力测试，在讨论过程中对各处残余应力幅值多是根据国外数据进行的假设，且研究中未考虑边界条件的不同带来的影响，结果也具有一定的局限性。因此，根据现场实测的国产大断面H 型钢残余应力数据，应用有限元软件，讨论了不同边界条件下，残余应力的变化对承载能力的影响。

　　2残余应力的测试

　　采用盲孔法来测试构件的残余应力分布及水平，该方法属于半无损测试残余应力的方法[5]，原理如图1所示。假设构件表面存在符合两向平面应力状态的残余应力场，两向主应力为和，若在该应力场区域内打孔，将引起残余应力的释放，从而在区域内产生释放应变，若用应变花测试由于残余应力释放而引起的应变，再根据孔边应力计算公式，即可逆算出该区域的残余应力水平[6]。

　　在两根H700×300×13×24的H型钢构件的腹板和翼缘上共测试得到 87 个测点的残余应力数据，剔除其中的奇异点后对测试数据进行拟合，可以得到的曲线，如图2 所示。

　　在图中可以看到 H 型钢腹板纵向残余应力分布是关于腹板中心对称的，且呈二次曲线或四次曲线形状，在腹板中心处残余应力表现为70MPa的压应力;构件翼缘上的残余应力分布是关于翼缘中心对称的，且翼缘与腹板交接处表现为 120MPa 的拉应力，在翼缘端部处表现为40MPa的压应力，大部分翼缘区域都为拉应力。

　　3不同边界条件下残余应力的分布对承载能力的影响

　　H 型钢腹板和翼缘上的残余应力分布符合抛物线模型的描述，因此采用抛物线模型，并根据测试结果将残余应力引入到有限元模型中。分别改变 RF、RW和 RFW三者的大小，即可改变 H 型钢截面翼缘端部、腹板中部和翼缘中部的残余应力分布。由于各测点残余应力结果多分布(0.2~0.4)σs区间，因此在这一区间改变PF、RW和RFW的大小，从而讨论不同边界条件下残余应力分布的变化对H 型钢柱构件极限承载能力的影响。不同边界条件下，残余应力分布对承载能力的影响，如图3、图4、图5 所示。

　　4结果分析

　　对图3、图4、图5中的计算结果进行分析可见：