冷弯薄壁复杂卷边C形钢双肢缀板柱轴压性能研究

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尽管国内外对冷弯薄壁形钢构件的稳定性能进行了一系列的研究和分析,但其研究对象主要针对非复杂卷边槽钢实腹式构件以及拼合构件,对于复杂卷边C形钢格构式缀板柱的研究成果还比较少见,并且现有的国内外规范的相关设计方法对复杂卷边冷弯薄壁C形截面双肢缀板柱设计的适用性还有待验证,特别是直接强度法并无针对格构柱的设计规定,如何将其应用到格构柱的设计中将是冷弯薄壁型钢结构亟待解决的问题。本文通过试验和有限元变参数分析对冷弯薄壁复杂卷边C形钢双肢缀板柱的轴压性能和极限承载力进行了研究,主要完成了以下几个方面的工作:首先,完成了20根冷弯薄壁复杂卷边C形钢双肢缀板柱的轴压性能试验。考察了冷弯薄壁复杂卷边C形钢双肢缀板柱的破坏模式、极限承载力及变形特征。试验结果表明:对于分肢腹板高度较大的试件,其破坏模式以分肢的局部屈曲为主并伴随着试件的整体屈曲;随着试件长细比的增加,其破坏模式转变为的整体屈曲,不再出现明显的局部屈曲特征。其次,对冷弯薄壁复杂卷边C形钢的轴压性能进行了有限元参数分析。首先,在试验的基础上,按照试验试件实测尺寸,运用有限元软件Abaqus进行数值模拟分析,通过对比数值模拟分析结果与试验结果(包括试件失稳模式、极限承载力及荷载-轴向位移曲线),验证了有限元模型的可靠性和合理性。其次,通过对冷弯薄壁复杂卷边C形钢双肢缀板柱轴压性能进行参数分析,探讨了对于不同长细比的构件,其板件厚度和缀板净距等参数对构件极限承载力的影响规律。结果表明:随着构件长细比的增加,构件的极限承载力逐渐降低;随着构件板件厚度的减小,构件的承载效率在逐渐降低;缀板净距在167mm~434mm,构件的极限承载力变化不大,因此,缀板净距取300mm是合理的。最后,完成了复杂卷边C形钢格构式双肢缀板柱轴压承载力计算方法的研究。通过将中国《冷弯薄壁形钢结构技术规范》(GB50018-2002)有效宽度法和美国《North American specification for the design of cold-formed steel structural members》(CSA S136-16)直接强度法相关设计方法的计算结果与有限元分析结果进行比较,对现行国内外规范相关规定对于格构式轴压缀板柱的适用性进行了分析评价。分析结果表明:GB50018-2002和CSA S136-16的计算结果大部分情况下都高于有限元分析值,整体偏于不安全。在此基础上,分别基于有限宽度法和直接强度法,提出了适用于复杂卷边C形钢格构式双肢缀板柱轴压承载力计算公式,建议公式的计算结果与有限元分析结果及试验结果均吻合较好。
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