【摘 要】
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组装式冷成型钢货架结构具有轻质高强、安装便利、利用效率高等优良性能,被广泛使用在物流仓储结构中。冷成型钢货架立柱最常用的截面形式为“Ω”型(后文简称“欧姆柱”),其采用辊弯工艺成型,截面中的薄壁板件经历多次弯折后,具有轻质且高承载特性,但其屈曲行为复杂。既有研究表明,冷成型钢构件的屈曲承载力与其屈曲模式密切相关。目前国内外货架结构设计规范中,欧姆柱的屈曲承载力设计公式并未充分反映其屈曲行为,PMM
【基金项目】
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江苏省自然科学基金面上项目(BK20191268);
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组装式冷成型钢货架结构具有轻质高强、安装便利、利用效率高等优良性能,被广泛使用在物流仓储结构中。冷成型钢货架立柱最常用的截面形式为“Ω”型(后文简称“欧姆柱”),其采用辊弯工艺成型,截面中的薄壁板件经历多次弯折后,具有轻质且高承载特性,但其屈曲行为复杂。既有研究表明,冷成型钢构件的屈曲承载力与其屈曲模式密切相关。目前国内外货架结构设计规范中,欧姆柱的屈曲承载力设计公式并未充分反映其屈曲行为,PMM组合作用(轴压-主轴受弯-弱轴受弯)也仅考虑为简单的线性组合,难以准确预测欧姆柱的屈曲承载力。本文针对冷成型钢欧姆柱开展了大规模参数化分析,重点研究欧姆柱的三类主要屈曲模式(整体屈曲、局部屈曲、畸变屈曲),揭示影响其屈曲承载力的主要因素;针对不同屈曲模式,修订欧姆柱的屈曲承载力预测公式。最后,基于参数化分析结果,得到有限元的PMM失效面,研究其组成规律,推导出整体屈曲、局部屈曲以及畸变屈曲下对应的欧姆柱PMM承载力公式。主要工作内容如下:1.建立欧姆柱的壳单元精细模型,并进行非线性静力分析,将其结果与既有文献欧姆柱的试验结果进行比对,结果表明有限元分析结果与文献试验结果有较好的吻合性,论证了欧姆柱壳元模型的合理性。2.独立变化影响欧姆柱屈曲承载力的几何要素(长细比、板件宽厚比、卷边长厚比等),采用欧姆柱壳元模型进行分析,并揭示这些几何要素的影响规律。3.依据几何要素的分析结果,设计不同的截面规格(壁厚、卷边长度、板件宽度)和构件长度,通过Matlab调用ABAQUS软件,进行欧姆柱有限元参数化分析,基于直接强度法,运用回归分析手段与模态识别技术,针对各屈曲模式,给出了适用于欧姆柱的轴压和纯弯工况下的屈曲承载力预测公式。4.首先,基于大规模参数化分析的结果,建立整体屈曲、局部屈曲、畸变屈曲的有限元PMM失效面。接着,采用相关分析和回归分析,结合本文给出的欧姆柱轴压和纯弯工况下的屈曲承载力公式,建立三角多项式插值的PMM承载力公式,并通过既有文献中的试验结果验证公式的准确性。最后,将其与有限元、北美规范AISI S100公式以及欧洲规范EN15512公式进行对比分析。结果表明:(1)三角多项式插值的PMM承载力公式与试验结果吻合性较好;(2)既有规范中的PMM线性组合公式在大部分区域计算结果过于保守,但在局部区域出现预测过大的情况。本文欧姆柱的PMM承载力公式相比于规范公式在精度上有了较大提升,更能充分反映欧姆柱的PMM屈曲承载力。
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