环箍加强冷弯薄壁型钢受压构件畸变屈曲性能研究

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冷弯薄壁型钢构件通常由几块板件组成且多为开口截面,这种类型构件的稳定问题需要重点考虑。畸变屈曲作为受压构件的三种基本屈曲模式之一,在特定情况下会对冷弯薄壁型钢构件的受力性能起控制作用。本文对环箍加强冷弯薄壁型钢受压构件畸变屈曲性能进行研究,研究内容包括环箍加强冷弯薄壁槽型钢受压构件和开口拼合构件的试验研究和数值分析以及承载力的计算公式研究。对24根环箍加强冷弯薄壁槽钢柱进行了轴压和偏压试验研究,利用有限元软件对其进行数值模拟分析研究。改变柱长度、荷载偏心方向和偏心距以及环箍个数等因素研究其对受压柱的破坏模式以及极限承载力的影响。试验结果表明:在轴压荷载作用下,试件均发生局部屈曲或局部-整体相关屈曲;绕弱轴弯曲荷载偏向卷边侧时,试件发生了畸变屈曲或畸变-整体相关屈曲,由于环箍的存在畸变屈曲半波长减小;绕弱轴弯曲荷载偏向腹板侧和绕强轴弯曲的试件,发生了局部或局部-整体相关屈曲;改变环箍间距,发现环箍对于一阶屈曲模态为畸变屈曲且承受轴压荷载和绕弱轴弯曲荷载偏向卷边侧的试件的承载力提升幅度较大。环箍在试验中没有发生变形,可以和槽钢柱很好的协同工作。对24根环箍加强冷弯薄壁开口拼合柱进行了轴压和偏压试验研究,利用有限元软件对其进行数值模拟分析研究。改变柱长度、荷载偏心方向和偏心距以及环箍个数等因素研究其对受压柱的破坏模式以及极限承载力的影响。试验结果表明:试件均发生了畸变屈曲或以畸变屈曲为主的破坏模式,由于环箍存在,试件只在某两个环箍之间或环箍与端板之间发生较大的畸变变形。改变环箍间距,发现绕弱轴弯曲荷载偏向卷边侧的试件的承载力提升幅度最大,随着环箍间距的减小,发生畸变屈曲的试件畸变半波长减小,部分试件破坏模式由畸变屈曲转变为局部屈曲;改变环箍的屈服强度,发现环箍屈服强度的改变对于试件的极限承载力影响较小。最后,采用中国规范GB50018-2002以及北美规范AISI S100-16中的建议计算方法对有限元模型的承载力进行计算,发现目前现有规范偏于保守,除个别试件外,大部分试件的有限元计算值都大于规范计算值。在直接强度法承载力计算公式的基础上针对两种截面分别提出了考虑环箍间距与荷载偏心距影响的修正公式,有限元分析结果与建议公式计算结果的差值几乎均在10%之内,建议公式对试件承载力有较好的预测性。
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