冷弯薄壁型钢拼合箱形柱的畸变屈曲性能研究

为研究冷弯薄壁型钢(CFS)拼合箱形截面柱的畸变屈曲性能,首先对9根C形截面柱、9根U形截面柱及21根由C形和U形拼合而成的箱形截面柱进行轴压试验研究和数值模拟分析,考察其屈曲模式特征和受力特性.在此基础上,提出一组假设模型以研究螺钉间距对拼合箱形截面柱变形特征和极限承载力的影响规律及其与试件半波长之间的关系.研究结果表明:1)不同螺钉间距的试件,畸变屈曲半波数量和半波长(λc)均不相同.2)螺钉间距小于0.9λc时,箱形截面柱的承载力大于C形和U形柱的承载力之和,即1+1>2的拼合效应.3)螺钉间距大于0.9λc时,箱形截面柱的承载力逐渐接近C形和U形柱的承载力之和,即1+1≈2.为计算CFS拼合箱形截面柱的极限承载力,在美国规范中直接强度法的基础上提出了一种计算箱形截面柱畸变屈曲弹性临界荷载的方法,将计算的临界屈曲荷载用于直接强度法以得到拼合箱形截面柱的极限承载力,理论计算结果与试验及有限元结果均比较吻合,验证了本文提出方法的准确度和适用性.

双肢冷弯薄壁型钢拼合箱形柱受压试验研究与有限元分析

通过30根由双肢C形和[形冷弯薄壁型钢拼合箱形柱的轴压和偏压试验,得到了试件的荷载-位移曲线和最大荷载,并分析了其屈曲模式和破坏特征。采用ABAQUS程序对拼合截面柱受压性能进行了有限元分析,分析参数主要包括长细比、腹板高厚比、截面高宽比、偏心距与偏心方向等。结果表明:轴压中、长柱系列试件的破坏模式为绕弱轴整体弯曲破坏,轴压短柱系列试件为局部屈曲变形过大而导致的塑性折曲,绕强轴和绕弱轴的偏压试件最终分别为整体弯扭屈曲和整体弯曲破坏;试件的最大轴压荷载及刚度均随着试件长细比的增大而逐渐减小;试件最大轴压荷载随腹板高厚比的增大而减小;试件的截面高宽比较大,绕两个主轴的长细比会相差较大,通过增加翼缘宽度以增大拼合柱绕强轴和弱轴的稳定性,显著提高其最大荷载;偏压拼合柱的最大荷载随着偏心距的增加而降低。

冷弯薄壁型钢四肢拼合箱形柱轴压性能试验

为了解冷弯薄壁型钢拼合箱形截面立柱的受力性能,对21根不同长细比的冷弯薄壁型钢单肢C形、U形及四肢拼合箱形截面立柱的轴压受力性能进行了试验研究,获得了试件的极限承载力和荷载-位移曲线,分析试件的屈曲模式和破坏特征,并采用《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018—2002)的有效宽厚比法、北美规范(AISI S100—2007)的有效宽度法、直接强度法及简单叠加法对拼合柱的极限承载力进行了计算和对比分析;采用ABAQUS软件建立了考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型,对试验试件的轴压性能进行模拟分析,并将数值分析得到的破坏特征、荷载-轴向位移曲线与试验结果进行对比分析,验证了有限元方法的正确性;进而采用经验证的有限元模型对该类拼合柱轴压性能的影响因素(包括长细比、螺钉间距和腹板高厚比等)进行分析。研究结果表明:单肢中长柱试件破坏模式为局部屈曲和整体弯曲失稳,单肢短柱试件破坏模式为局部屈曲和畸变屈曲;中长拼合柱试件最终破坏模式为绕弱轴整体弯曲,短柱试件破坏模式为局部塑性折曲;拼合柱的极限承载力和刚度随长细比的增大逐渐降低,长细比大于30的箱形柱拼合效果显著,螺钉连接可以满足各肢协同工作的要求,长细比较小的箱形柱拼合效果差;采用简单叠加法计算承载力偏于不安全;减小箱形柱截面的腹板高厚比,其轴压极限承载力和刚度将显著提高。

三肢冷弯薄壁型钢拼合双腔箱形柱受压性能试验研究与数值分析

对12根三肢冷弯薄壁型钢拼合双腔箱形柱分别进行了轴压、偏压试验和数值模拟分析.通过试验研究,得到了各试件的荷载-位移、荷载-应变曲线以及最大承载力,并分析了屈曲模式和破坏特征.采用有限元软件ABAQUS分析了双腔箱形柱的长细比变化、截面腹板的高厚比变化、荷载偏心方向和偏心距参数对拼合双腔箱形柱受压性能的影响.结果表明,LT-A(长柱)和MT-A(中长柱)组试件的最终破坏模式为整体弯曲屈曲破坏,个别MT-A组试件破坏位置发生在柱端,其余均在柱中.试件的轴压最大承载力均随试件长细比的增大而逐渐减小.试件轴压最大承载力随截面腹板高厚比的减小而增大;偏压试件的最大承载力随着偏心距的增加而降低.