冷弯薄壁C型钢轴压短柱受力性能研究

论文摘要

我国标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）规定冷弯薄壁型钢轴压构件的截面主要为单肢截面和格构式截面，尚无其它形式组合截面的相关设计方法。为证实该规范对其他形式组合截面冷弯薄壁型钢构件的适用性，有必要开展相应的理论以及试验研究。本文主要内容为7个冷弯薄壁型钢轴压短柱的试验研究。试件参数为C型钢型号、节点板厚度、节点板间距。试验结果表明：构件的最终破坏模式均为整体绕弱轴弯曲失稳破坏。采用我国规范有效宽度法求得的短柱构件极限承载力高于试验结果，倾向于不安全。所以，通过分析提出，按照《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）有效宽度法计算组合截面冷弯薄壁型钢构件承载力时，可以对计算结果乘以一个修正系数以考虑组合截面板组相关情况对承载力的影响。各国冷弯薄壁型钢设计规范对冷弯薄壁型钢轴压柱的设计方法均基于有效宽度法，但因其存在制约性，本文引入另一种适用于冷弯薄壁型钢构件的计算方法，即直接强度法（Direct Strength Method）。将直接强度法和有效宽度法计算求得的短柱极限承载力与试验结果进行对比。结果表明：直接强度法的计算结果与试验值更为吻合，由此结论提出适用于组合截面冷弯薄壁型钢构件的直接强度法建议公式。文章在最后利用有限元程序ANSYS对冷弯薄壁型钢轴压短柱进行模拟分析。既分析了构件弹性屈曲又分析了构件屈曲后的非线性受力性能，模拟分析结果与试验结果吻合较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 冷弯型钢概述
• 1.1.1 冷弯型钢的概念
• 1.1.2 冷弯型钢的特点及主要应用范围
• 1.1.3 冷弯型钢的发展前景
• 1.2 冷弯型钢垫板式组合截面体系的优点
• 1.3 轻型冷弯型钢结构体系概述
• 1.3.1 轻型冷弯型钢结构体系的组成
• 1.3.2 轻型冷弯型钢结构体系的优点
• 1.3.3 轻型冷弯型钢结构体系的发展现状
• 1.4 课题的研究现状
• 1.4.1 清华大学的研究
• 1.4.2 西安建筑科技大学的研究
• 1.4.3 长安大学的研究
• 1.5 本文的主要内容
• 2 冷弯薄壁 C 型钢轴压短柱的试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 材性试验
• 2.2.1 试验目的和内容
• 2.2.2 试件
• 2.2.3 试验装置、过程及破坏形式
• 2.2.4 主要试验结果
• 2.3 短柱试验概况
• 2.3.1 试验目的和内容
• 2.3.2 试件
• 2.3.3 试验加载装置
• 2.3.4 试验过程及破坏特征
• 2.3.5 试验数据处理
• 2.3.6 试验承载力结果及初步分析
• 2.4 本章小结
• 3 冷弯薄壁 C 型钢轴压短柱的理论研究
• 3.1 引言
• 3.2 有效宽度法
• 3.2.1 有效宽度法基本理论
• 3.2.2 我国 GB50018-2002 规范关于有效宽度的计算规定
• 3.3 直接强度法
• 3.3.1 直接强度法的计算原理（DSM）
• 3.3.2 受压构件直接强度法的设计公式
• 3.4 理论分析结果与试验结果比较
• 3.5 冷弯薄壁型钢组合截面构件 DSM 建议公式
• 3.6 本章小结
• 4 冷弯薄壁 C 型钢轴压短柱的有限元模拟分析
• 4.1 引言
• 4.2 有限元法介绍
• 4.3 短柱几何模型的建立
• 4.3.1 选取单元类型
• 4.3.2 定义材料属性
• 4.3.3 建立几何模型
• 4.3.4 划分网格
• 4.3.5 定义约束
• 4.3.6 加载制度
• 4.4 ANSYS 有限元模拟结果及分析
• 4.4.1 破坏形态
• 4.4.2 模拟与试验的荷载-绕弱轴弯曲最大位移曲线比较
• 4.4.3 模拟结果与试验结果比较
• 4.5 本章小结
• 结语
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢