冷彎薄壁型鋼四肢組合受彎構(gòu)件承載力研究

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1、冷彎薄壁型鋼四肢組合受彎構(gòu)件承載力研究　　摘要：針對(duì)冷彎薄壁型鋼四肢組合箱形截面受彎構(gòu)件，建立了考慮材料、幾何和接觸非線性的有限元模型，進(jìn)行了其承載力的數(shù)值分析數(shù)值分析所得構(gòu)件的破壞模式、極限承載力和荷載撓度曲線與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好，驗(yàn)證了有限元模型的可靠性采用這一模型就釘距、截面高度、寬度及初始缺陷等對(duì)構(gòu)件極限承載力的影響進(jìn)行了一系列參數(shù)分析提出了構(gòu)件實(shí)用設(shè)計(jì)和計(jì)算的折減系數(shù)法，與現(xiàn)有AISI和中國規(guī)范基于有效寬度法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，證明現(xiàn)有規(guī)范計(jì)算結(jié)果偏于保守，本文方法與數(shù)值分析結(jié)果吻合較好、簡(jiǎn)便可行.　　關(guān)鍵詞：冷彎薄壁型鋼；組合箱形截

2、面；承載力；有限元法；參數(shù)分析；有效寬度法　　　　QuadrupleLimbsBuiltupMembersunderFlexuralLoading　　冷彎薄壁型鋼低層住宅體系具有工業(yè)化生產(chǎn)、施工周期短、建筑污染小、環(huán)保節(jié)能的特點(diǎn)，在保溫、隔熱、隔音、通風(fēng)換氣等方面具有較大的優(yōu)勢(shì).由多個(gè)C型和U型槽鋼組合的冷彎薄壁型鋼組合構(gòu)件已被應(yīng)用于輕鋼住宅體系中，但我國規(guī)范并沒有對(duì)此多肢冷彎薄壁型鋼組合截面構(gòu)件的承載力給出明確的計(jì)算公式，僅建議雙肢拼合截面按單肢構(gòu)件承載力之和計(jì)算，因此有必要進(jìn)行這方面的試驗(yàn)和理論研究.　　近年來，國內(nèi)外部分學(xué)者研究了不同形式的冷

3、彎薄壁型鋼組合截面構(gòu)件的承載力情況.哈爾濱工業(yè)大學(xué)的武勝、張素梅[1-2]對(duì)幾種冷彎薄壁雙軸對(duì)稱組合箱形截面構(gòu)件的軸壓、偏壓和受彎承載力及破壞模式進(jìn)行了研究，證明了新型截面的顯著力學(xué)優(yōu)勢(shì).長安大學(xué)周天華、何?？礫3-4]等人對(duì)不同寬厚比和長細(xì)比的G550高強(qiáng)冷彎薄壁型鋼組合截面方管柱進(jìn)行了試驗(yàn)研究，認(rèn)為按現(xiàn)行規(guī)范[5]考慮板組相關(guān)性影響的計(jì)算結(jié)果偏于不安全，并提出了新的承載力建議計(jì)算方法.加拿大Waterloo大學(xué)Sultana和Xu等[6-7]通過對(duì)冷彎薄壁型鋼組合箱形截面梁的受彎試驗(yàn)和有限元分析，指出北美現(xiàn)行規(guī)范[8]中對(duì)組合截面受彎構(gòu)件的偏心受

4、彎承載力計(jì)算按照每個(gè)組成構(gòu)件的抗彎承載力的總和的方法是偏于不安全的，并提出了合理的折減系數(shù).Oklahoma大學(xué)的Whittle[9]通過試驗(yàn)分析指出雙肢對(duì)接拼合截面軸壓構(gòu)件按照修正長細(xì)比的設(shè)計(jì)方法過于保守.MissouriRolla大學(xué)的Stone[10]研究了工字型組合截面構(gòu)件的承載力，同北美冷成型鋼構(gòu)件設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行了比較并指出按現(xiàn)行北美規(guī)范設(shè)計(jì)結(jié)果偏于保守.　　湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2012年第11期趙一婕等：冷彎薄壁型鋼四肢組合受彎構(gòu)件承載力研究本文研究了一種四肢拼合的冷彎薄壁型鋼箱形截面受彎構(gòu)件，對(duì)其進(jìn)行了試驗(yàn)和有限元分析，將兩者的結(jié)

5、果相比較，證明了有限元模型的合理性.然后利用已被驗(yàn)證的模型對(duì)組合截面梁進(jìn)行參數(shù)分析，考察截面寬度、高度、自攻螺釘間距及構(gòu)件初始缺陷對(duì)組合截面梁受彎承載力的影響.在考慮國內(nèi)外規(guī)范有效寬度法的基礎(chǔ)上，提出了折減構(gòu)件全截面抗彎模量的抗彎承載力計(jì)算方法，并證明了這種方法的可靠性和適用性.　　1試驗(yàn)研究　　1.1試驗(yàn)方案　　試驗(yàn)構(gòu)件如圖1所示試驗(yàn)采用液壓千斤頂、反力架和分配梁在梁跨三分點(diǎn)處施加兩點(diǎn)豎向荷載，實(shí)現(xiàn)跨中純彎受力區(qū)域.對(duì)試件采用滾軸支座，模擬兩端簡(jiǎn)支的受力條件.為了防止試件支座處腹板的局部失穩(wěn)，對(duì)其用自攻螺釘加釘角鋼加固，同時(shí)為了避免加載處集中力作

6、用點(diǎn)的局部受壓破壞，在加載點(diǎn)兩側(cè)加釘鋼板，使集中力通過墊板直接傳遞給試件兩側(cè)面的腹板，保證兩側(cè)面腹板受力均勻.試件自攻螺釘間距參考AISI規(guī)范[8]對(duì)雙肢拼合受彎構(gòu)件連接件的規(guī)定取為300mm.各試件安裝就位后即進(jìn)行預(yù)加載，確認(rèn)試件未出現(xiàn)偏心受力后開始分級(jí)加載，每1kN一級(jí)，加載至接近預(yù)計(jì)極限承載力時(shí)適當(dāng)減小每級(jí)加載幅值，每級(jí)加載完畢后持荷1min，直至破壞.由于試件加工過程中有誤差，試驗(yàn)前對(duì)試件的實(shí)際尺寸進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果見表1.