轴心受压热轧H型钢T形组合柱屈曲机理与稳定设计方法研究

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热轧型钢产能过剩问题已经严重制约着我国的经济可持续发展,并且热轧H型钢的工程应用率低。因此,合理提高热轧H型钢的工程应用已成为了学术界和工程界必须大力解决的问题。研究合理的热轧H型钢组合柱是主要解决途径之一。在回顾了现有研究的各类型钢异形柱后,本文提出了由两热轧H型钢组合而成的新型热轧H型钢T形组合柱(TSCs)。目前对于轴心受压TSCs构件屈曲机理和设计方法的研究还仅限于课题组,研究也是刚刚开始。为了深入研究轴心受压TSCs构件的稳定性能和屈曲机理,提出轴心受压TSCs构件的稳定设计方法,本文进行了如下的研究工作得到相应结论:(1)对已有试验的带翼缘十字形轴心受压柱进行有限元模拟分析,将试验结果与有限元模拟结果进行对比,以验证有限元分析方法的准确性和可靠性。(2)基于验证后的有限元分析方法对轴心受压热轧H型钢T形组合柱(TSCs)进行了非线性屈曲分析,从屈曲模态、荷载-轴向位移曲线、极限荷载和屈曲破坏过程等方面对轴心受压TSCs构件的屈曲机理进行了研究。结果表明:轴心受压TSCs构件绕非对称轴Y轴发生屈曲时,短柱发生局部屈曲,中长柱发生弯曲屈曲;轴心受压TSCs绕对称轴X轴发生屈曲时,中短柱发生局部屈曲,中长柱发生弯扭屈曲。此外,研究了钢材强度、初始几何缺陷幅值和残余应力峰值对轴心受压TSCs构件整体稳定极限承载力的影响。(3)对于发生整体屈曲的轴心受压TSCs构件,首先,分别使用中国设计标准GB50017、欧洲设计规范EN 1993-1-1和美国设计规范AISC 360-16中的柱子曲线与发生弯曲屈曲和弯扭屈曲构件的整体稳定系数进行了对比,评估了现有标准和规范中的轴心受压柱整体稳定设计方法对轴心受压TSCs构件的适用性。其次,参考我国标准中的柱子曲线的方程形式,重新拟合柱子曲线,对计算参数进行了修正。最后,提出了更适用于TSCs构件的整体稳定设计方法。(4)对于发生局部屈曲的轴心受压TSCs构件,使用美国规范AISI S100-2016中的直接强度法公式,计算本文所研究TSCs构件的极限承载力,将其计算结果与有限元模拟结果进行对比,评估该公式对TSCs构件的适用性,通过拟合修改了计算参数。提出了适用于轴心受压TSCs构件局部屈曲承载力设计的直接强度法公式。
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