冷弯薄壁型钢双肢拼合箱形截面短柱局部屈曲性能研究

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冷弯薄壁型钢(CFS)双肢拼合箱形截面短柱是通过自攻螺钉将单肢C形及单肢U形截面构件连接而成的拼合截面柱。本文主要通过试验研究和有限元分析的技术手段,探究了局部屈曲破坏模式下的CFS双肢拼合箱形截面短柱的受力性能,并最终提出了一种关于双肢拼合箱形截面短柱局部屈曲承载力的计算方法,具体进行了以下几项工作:(1)试验主要对一批CFS单肢C形、单肢U形和双肢拼合箱形截面轴压短柱进行试验研究。详细描述了试验试件设计、试验加载制度、试验现象记录与数据采集等,并对试验结果进行了详细的分析。(2)借助ABAQUS有限元分析软件,对试验各试件进行了模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比分析,验证了有限元模型的可靠性。在此基础上,进行了高厚比、高宽比和螺钉间距三个因素的变参数分析,得到结论:高厚比、高宽比对双肢拼合箱形截面短柱局部屈曲极限承载力有很大影响,此外高宽比是影响试件最终屈曲模式的重要因素;螺钉间距对双肢拼合箱形截面短柱局部屈曲极限承载力影响很小,此外,当螺钉间距小于或大于C形基本构件局部屈曲半波长度(λ_c)时,随着螺钉间距的增大,双肢拼合箱形截面短柱局部屈曲极限承载力呈下降趋势;当螺钉间距等于λ_c时,承载能力略微增大。(3)本文按照中国规范GB50018-2002和美国规范AISI计算方法求得的试验设计试件及本文设计试件的极限承载力与试验结果及有限元结果进行了对比,得到结论:中国规范GB50018-2002和美国规范AISI中有效宽度法用以计算双肢拼合箱形截面短柱局部屈曲承载力结果偏于保守,而美国规范AISI中直接强度法可以较为精确地估计构件的承载力,但会存在不安全现象。(4)提出本文计算方法模型,通过变参数分析得到模型中的未知拼合系数,并经试验验证,最终得到基于直接强度法的双肢拼合箱形截面短柱局部屈曲承载力设计叠加法。随后将本文提出的计算方法计算结果与中美规范计算结果进行了对比分析,验证了其适用性和精确度。
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