高强冷弯薄壁槽钢受弯构件稳定性能研究

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近年来,冷弯薄壁型钢构件朝着高强、超薄的趋势发展,G550高强冷弯薄壁型钢构件已在澳洲和欧美等发达国家的钢结构房屋建筑中应用。由于G550钢板较薄,衍生出了带有中间加劲肋的复杂截面形式,这使得构件的畸变屈曲问题更加突出。各国规范普遍采用有效截面法来计算冷弯薄壁型钢构件的承载力,但该方法不适用于截面形式复杂、发生畸变屈曲的构件。于是直接强度法(DSM)应运而生,它摒弃了传统有效截面法的不足,并且针对发生畸变屈曲的构件有单独的计算公式。鉴于目前国内外学者对G550高强冷弯薄壁型钢构件的研究主要集中于受压构件,本文开展G550高强冷弯薄壁槽钢受弯构件屈曲性能与设计方法的研究,为今后的工程应用与冷弯薄壁型钢结构技术规范的进一步修订提供参考。  本文完成了18组G550高强冷弯薄壁槽钢受弯构件的静力试验,研究了卷边形式与加劲形式对试件稳定性能的影响规律,卷边形式为斜卷边、直卷边和复杂卷边3种,加劲形式为无加劲、翼缘加劲和翼缘及腹板加劲3种。试验结果表明,卷边形式和加劲形式是影响构件受弯承载力和屈曲模式的重要因素;同种卷边形式下,无加劲试件的抗弯承载力最低,翼缘加劲试件的次之,翼缘及腹板加劲试件的最高;与无加劲形式相比,采用板件中间V形加劲有效减小了板件宽厚比,提高了30%~70%的抗弯承载力;同种加劲形式下,短(直、斜)卷边试件的抗弯承载力提高幅度最大,复杂卷边试件的提高幅度次之,长(直、斜)卷边试件的提高幅度最小;试验过程中发生了三种屈曲模式,分别为局部屈曲、畸变屈曲以及两者之间的相关屈曲。  采用有限元程序ANSYS12.0对18组试验进行了模拟,模拟时考虑了几何和材料双重非线性。有限元模拟结果表明,有限元分析所得屈曲模式、受弯承载力和弯矩-跨中竖向位移曲线与试验结果吻合良好。验证了应用有限元程序ANSYS分析此类高强冷弯薄壁槽钢受弯构件的静力性能研究是可行的,为今后开展大量的有限元参数分析提供了有力依据。  以原有受弯构件直接强度法(DSM)设计公式为基准,根据试验结果修正了适用于G550高强冷弯薄壁槽钢受弯构件的DSM设计公式。修正DSM计算公式时将构件分为两类:一类考虑畸变屈曲,一类考虑局部屈曲以及局部和畸变的相关屈曲。将试验结果与修正DSM公式计算结果和原始DSM公式计算结果进行比较,发现试验结果与修正DSM公式计算结果吻合良好,原始DSM公式计算结果偏于不安全。
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