多肢拼合冷弯薄壁型钢箱形梁的受力性能研究

发布时间：2018-03-22 23:18

本文选题：冷弯薄壁型钢　切入点：多肢拼合箱形梁　出处：《长安大学》2014年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：多肢拼合冷弯薄壁型钢箱形梁是由C形和U形冷弯薄壁型钢基本构件通过自攻自钻螺钉连接而成的一种常用承重构件，本文采用试验研究和数值分析相结合的方法，对纯弯破坏时双肢、四肢和五肢拼合冷弯薄壁型钢箱形梁的力学性能进行了系统的研究，找出了影响其纯弯破坏时极限承载力和整体变形的主要因素，并利用有限元变参数分析的结果回归出计算各类拼合箱形梁纯弯破坏时极限承载力和整体变形的计算公式。主要的研究工作和创新成果如下： 1．完成了双肢、四肢和五肢拼合冷弯薄壁型钢箱形梁共计45个试件纯弯破坏时的试验研究，观测了各试件的破坏特征、极限承载力及变形能力，分析了螺钉连接间距、翼缘宽厚比、截面高宽比和跨高比对试件受力性能的影响。试验表明：对于双肢、四肢和五肢拼合冷弯薄壁型钢箱形梁，纯弯破坏时的破坏模式表现为局部屈曲；螺钉连接间距、翼缘宽厚比、截面高宽比和跨高比对其纯弯破坏时的受力性能均有影响。 2．采用考虑几何非线性和材料非线性的ANSYS有限元模型对试验中的所有试件进行数值模拟分析，在验证有限元模型正确的基础上，对纯弯破坏时214根双肢、214根四肢、214根五肢拼合冷弯薄壁型钢箱形梁的受力性能进行螺钉连接间距、截面高宽比、翼缘宽厚比、跨高比和材料屈服强度的有限元变参数分析。结果表明：双肢、四肢和五肢拼合冷弯薄壁型钢箱形梁在纯弯破坏时的破坏模式均表现为局部屈曲，随着翼缘宽厚比和截面高宽比的增大，局部屈曲越明显；改变螺钉间距从150mm到600mm，当螺钉连接间距从150mm到300mm之间变化，，对梁的极限承载力几乎没有影响，为满足试件构造措施以及从节约的角度出发，建议实际工程中双肢、四肢和五肢拼合冷弯薄壁型钢箱形梁的螺钉连接间距取为300mm；纯弯破坏时双肢、四肢和五肢拼合冷弯薄壁型钢箱形梁的极限承载力随着截面高宽比、翼缘宽厚比和钢材屈服强度的增大而增大，但跨高比对其极限承载力在截面高宽比和翼缘宽厚比较小时几乎没有影响，在其截面高宽比和翼缘宽厚比较大时影响显著。 3．采用中国规范GB50018-2002以及美国规范AISI2007对双肢、四肢和五肢拼合箱形梁纯弯破坏时的极限承载力进行计算，并与有限元分析结果比较。结果表明：随着截面尺寸的增大及材料屈服强度的提高，美国规范AISI2007与我国规范GB50018-2002的有效宽度法对双肢、四肢和五肢拼合箱形梁纯弯破坏时极限承载力的计算结果趋于不安全。 4．回归有限元变参数分析的结果，得到适用于不同材料、截面尺寸的双肢、四肢和五肢拼合箱形梁纯弯破坏时极限承载力的抗弯模量折减法计算公式。用抗弯模量折减法对本文试验中所有试件在纯弯破坏时的极限承载力进行计算，计算结果与试验结果很接近。并根据工程中常用的构件型号选取一定截面参数的试件，分别用抗弯模量折减法和有限元对其纯弯破坏时的极限承载力计算，将两者结果进行对比后发现，抗弯模量折减法计算误差较小，进一步说明抗弯模量折减法是可行且精度较高的。 5．开展纯弯破坏时多肢拼合箱形梁的整体弯曲变形研究，选取一定截面参数的试件，通过对翼缘宽厚比、截面高宽比对试件整体弯曲变形的影响研究发现，翼缘宽厚比和截面高宽比均是影响拼合箱形梁整体弯曲变形的主要因素。通过分析各试件变形曲线散点的分布，推导出适用于不同截面尺寸的双肢、四肢和五肢拼合箱形梁纯弯破坏时整体弯曲变形的计算公式。用公式对本文试验中所有试件在纯弯破坏时跨中的整体弯曲变形进行计算，得到的荷载—竖向位移曲线与试验结果吻合较好。
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【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU392.1

【参考文献】