冷成形钢矩形管梁在循环荷载作用下的截面分类研究

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冷成形钢矩形管因加工方便、性能优良受到越来越广泛的应用。世界各国规范中已经有对矩形钢管在静力荷载作用下的截面分类相关内容,但对冷成形钢矩形管梁在循环荷载作用下的截面分类研究相对较少。我国现行的03版钢结构设计规范中也没有关于冷成形钢矩形管梁在循环荷载作用下的截面分类内容,且我国是地震多发国家,因此对冷成形钢矩形管梁在循环荷载作用下的截面分类研究很有必要。为推广冷成形钢矩形管在抗震地区的使用,以及使设计人员的工作更为便捷,本文基于国内外学者对冷成形钢矩形管梁截面分类的研究成果,完成了冷成形钢矩形管梁在循环荷载作用下的拟静力四点塑性弯曲试验研究以及有限元参数化分析,最终给出了冷成形钢矩形管梁在循环荷载作用下的截面分类建议。本文具体研究内容如下:(1)采用有限元分析法对冷成形钢矩形管梁的四点塑性弯曲试验进行有限元初步模拟,通过对比分析建立了考虑钢管圆角部位冷弯效应的1/4模型。并将模拟结果与以往学者的试验结果进行对比,验证了有限元模型模拟冷成形钢矩形管梁受力性能的可行性。同时通过有限元的初步模拟,确定了试验试件尺寸和试验方案。(2)冷成形钢矩形管梁的拟静力试验研究:对4个试件进行平面内的拉压循环加载,观察试验现象,详细记录试验数据,归纳了冷成形钢矩形管梁的破坏模式。(3)分析处理试验数据:通过试验数据,得到4个试件的滞回曲线、骨架曲线,并以此为基础计算试件的转动能力,分析试件的能量耗散系数、刚度退化特征和延性。同时对比试件的试验结果和有限元模拟结果,验证了本文所用有限元模型的正确性。(4)参数化分析:通过有限元模拟的分析对比,确定了有限元模型中采用的钢材本构模型以及初始缺陷,建立了标准模型。并采用该标准模型对循环荷载作用下的冷成形钢矩形管梁进行模拟,总结了截面腹板高厚比H/t、翼缘宽厚比B/t、尺度因子、钢管壁厚t、钢材屈服强度fy和钢管圆角部位外圆弧半径与壁厚的比值Re/t这6个参数对冷成形钢矩形管梁滞回性能的影响规律。(5)截面分类建议:利用上述有限元模拟结果,对循环荷载作用下的冷成形钢矩形管梁进行截面分类,并给出了相应一类截面的宽厚比限值建议公式。
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