粘钢加固偏压H型钢长柱承载力试验研究与数值模拟

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钢结构的力学性能优异,是一种绿色环保的建筑体系,目前在民用建筑和工业建筑中已经成为发展的主流与趋势。在钢结构建筑中,H型钢长柱使用很广泛,并且大多数都处于偏心受压作用下,长柱在实际服役过程中,更易在承受压力荷载时产生二阶弯矩效应,使得本身承载能力进一步降低,降低安全性能,发生破坏,造成损失,故需要对其进行加固提升其承载力,粘贴钢板加固法是一种高效快捷的加固钢结构方法,而目前还没有对长柱进行粘钢加固的试验研究与数值模拟。鉴于此,本研究主要做了以下工作:为了研究粘钢法对加固H型钢长柱承载力的影响,制作了3根未粘贴钢板加固H型钢长柱和6根在翼缘纵向通长粘贴钢板加固的H型钢长柱,对其进行压弯试验。加固前后钢柱长细比均大于30,选取粘贴钢板的厚度和施加荷载的偏心距为变量,在钢柱端部焊接开槽加载端板,配合圆柱铰支座实现平面内弯曲破坏,通过对试验测得的钢柱极限承载力、柱中腹板应变、柱中翼缘应变、柱中侧向位移及试验现象进行分析,并且将用规范公式计算得到的极限稳定承载力与试验值相比较,结果表明:与未加固柱相比,经过加固后的H型钢长柱面外稳定性得到了有效的提升,未经加固的H型钢长柱稳定性较差,在荷载下降段时发生空间弯扭破坏,经过加固的H型钢长柱试件稳定承载力提升显著,胶层在达到极限承载力之前粘接牢固,在荷载下降段时胶层发生剥离,试件发生平面内整体弯曲失稳破坏,并且在其他条件相同情况下,加固试件的偏心距越小,承载力越高,粘贴钢板厚度越大,承载力提升幅度越大;将按照规范计算求得的钢柱理论极限承载力与试验值相比,试验值比计算值要高。最后使用ABAQUS软件对9根H型钢长柱试件进行有限元分析,按照试验尺寸进行建模,经过模拟得到了H型钢长柱的极限承载力、极限承载力状态时的纵向应力、应变云图及柱中侧向位移等数据。有限元分析表明H型钢长柱的极限承载力与试验值较为吻合,应力、应变、侧向位移的最大值位于柱中位置,这与试验破坏现象相一致,验证了模拟的准确性。
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