复杂卷边不等边角形截面冷弯薄壁型钢柱轴压稳定承载力研究

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近年来,随着装配式建筑的发展以及对未来建筑装配率的要求,可拆装式箱型轻钢结构房屋因其高效节能、可重复使用等优点得到了快速的发展。可拆装式箱型房屋作为一种高装配率的建筑结构目前已经在商店、办公室、餐厅、展厅、以及建筑施工工地等方面得到了较多应用。国内外学者对可拆装式箱型房屋相继开展了研究,但研究主要集中在建筑设计、结构整体受力以及连接节点等层面,对房屋立柱的受力性能研究较少。可拆装式箱型房屋的立柱基于构造要求采用的是复杂卷边不等边角形截面冷弯薄壁型钢柱,该立柱截面为双轴不对称截面,截面形式较为复杂,并且我国现行规范中也缺少对该截面立柱承载力设计的指导,因此,对于可拆装式箱型房屋中的复杂卷边不等边角形截面冷弯薄壁型钢柱的稳定承载力研究变得极为重要。本文通过试验研究、有限元模拟以及理论分析等手段对可拆装式箱型房屋中复杂卷边不等边角形截面冷弯薄壁型钢柱的稳定承载力和破坏模式进行了系统研究,具体工作内容如下:(1)对复杂卷边不等边角形截面冷弯薄壁型钢柱进行了轴压承载力试验研究。选取了12根三个不同长度的可拆装式箱型房屋立柱,对构件截面每个轴都进行了轴心受压承载力试验。试验内容包括材性试验、试件实际几何尺寸测量、初始几何缺陷测量、500mm长度短柱试验、1500mm长度中长柱试验和2000mm长度长柱试验,分析了试件的稳定承载力、破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应力曲线等。(2)采用有限元分析软件ABAQUS 6.14对复杂卷边不等边角形截面冷弯薄壁型钢轴心受压柱进行了数值模拟分析,通过有限元模拟结果和试验结果的对比分析,验证了有限元模型的适用性,然后对复杂卷边不等边角形截面冷弯薄壁型钢轴心受压构件进行了参数化分析,研究了不同试件长度、不同板件厚度以及不同边界条件对该截面轴压构件极限承载能力的影响。(3)针对复杂卷边不等边角形截面冷弯薄壁型钢轴压构件,在其同等截面面积下,选取了5种不同长短肢宽比截面构件进行了有限元模拟分析,探究了同等截面面积下长肢与短肢比在1~2之间的复杂卷边不等边角形截面冷弯薄壁型钢轴压构件的稳定承载力变化。(4)运用有线条分析软件CUFSM计算了复杂卷边不等边角形截面冷弯薄壁型钢轴心受压构件的弹性局部屈曲临界荷载、弹性畸变屈曲临界荷载以及弹性整体屈曲荷载。通过有限元数值模拟分析结果对直接强度法中轴压构件承载力计算公式给出了修正意见,使其适用于该截面立柱承载力的设计计算。
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