G550冷弯薄壁型钢拼合截面柱轴压性能研究

发布时间：2020-10-18 02:22

　　 随着冷弯薄壁型钢住宅体系从低层向多层建筑的发展,高强冷弯薄壁型钢拼合截面逐渐得到应用,但对拼合截面柱的承载力计算还未形成统一的方法。我国现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》适用范围为壁厚2-6mm的钢材,对于壁厚为1mm的钢构件是否适用有待研究。鉴于我国具有抗震设防地区的要求较多,冷弯薄壁型钢柱在水平荷载下会产生上拔力,因此需要对冷弯薄壁型钢构件的轴向受力性能进行单调和循环试验对比研究。首先总结了近十年冷弯薄壁单肢截面和拼合截面轴向受力柱的试验数据,并选取了部分单肢和拼合截面进行现有中美规范设计方法计算值的验证,结果表明:规范无法准确预估边界条件为导轨的单肢截面承载力,对拼合截面承载力的计算值也没有合适的计算方法。由于计算值无法准确的预估边界条件为导轨的单肢截面和拼合截面柱的轴压承载力,因此,本文设计了壁厚为1mm的G550高强冷弯薄壁型钢单调轴压试验和循环加载试验。其中,边界条件采用导轨的连接方式模拟工程实际应用。试验的截面形式包含2种单肢截面和4种拼合截面,每种截面采用500mm,1000mm,1500mm和2000mm四种长度,其中拼合截面为单肢截面通过自攻螺钉相连而成。根据48根冷弯薄壁型钢柱的试验现象和结果,重点考察了加载制度、长细比和截面形式对承载力和屈曲模式的影响。试验发现,试件初始加载刚度随试件长度的增加而减小,当长细比小于30时,试件可以不考虑整体屈曲,当长细比大于40时,试件屈曲形式以整体屈曲为主,而闭口截面不会发生畸变屈曲。此外,根据试验应变片数据分析局部屈曲临界承载力发现,截面卷边的存在、螺钉的有效连接都能够提高截面的极限承载力。根据循环加载试验结果,讨论了单肢截面和拼合截面的滞回曲线加载规律。试验发现,循环加载基本不会改变试件的承载力和破坏形式,同时单调加载可作为循环加载的包络线。试件在屈曲前为弹性段,试件屈曲破坏后,卸载至力为0时,试件存在残余变形,继续卸载位移至0点,试件进入抗拉段,卸载刚度变小,受拉段的卸载刚度为螺钉群的抗剪刚度。在试件屈曲后,试件后一圈强度比前一圈强度降低5%左右。分析不同试件的拼合系数,建议将拼合截面设计为闭口截面。此外,分析发现:拼合截面为短柱时,归一应力比大约等于0.4。基于试验结果提出了拼合系数法和有限条带法计算拼合截面的承载力。采用两种方法对文献中的试件进行承载力计算,并将计算值与试验值,规范计算值对比分析可知,双肢截面可采用美国规范进行计算,其余截面形式采用有限条带法计算较安全。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU392.1
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 单肢截面试验研究
        1.2.2 拼合截面试验研究
        1.2.3 其他研究
    1.3 拼合截面计算方法修正
    1.4 冷弯薄壁型钢性能化设计
    1.5 主要研究内容及思路
2 冷弯薄壁型钢板件屈曲理论及计算值对比
    2.1 板的屈曲理论
        2.1.1 板件弹性局部屈曲
        2.1.2 板件屈曲后强度
    2.2 单肢截面轴压柱设计方法
        2.2.1 美国有效宽度法
        2.2.2 中国有效宽度法
        2.2.3 美国直接强度法
    2.3 单肢截面承载力试验值与计算值对比
    2.4 拼合截面轴压柱设计方法
    2.5 拼合截面承载力试验值与计算值对比
    2.6 小结
3 冷弯薄壁型钢组合截面柱轴压试验研究
    3.1 试验目的和内容
    3.2 试验概况
        3.2.1 试验设计
        3.2.2 材性试验
        3.2.3 试验装置及加载方案
        3.2.4 测点布置
    3.3 试验现象
        3.3.1 500 mm试件
        3.3.2 1000 mm试件
        3.3.3 1500 mm试件
        3.3.4 2000 mm试件
    3.4 试验结果分析
        3.4.1 荷载-竖向位移曲线
        3.4.2 荷载-应变曲线
        3.4.3 横向变形
    3.5 参数分析
        3.5.1 长细比
        3.5.2 拼合系数
        3.5.3 归一应力比
    3.6 小结
4 冷弯薄壁型钢组合截面柱循环试验研究
    4.1 试验设计
    4.2 试验现象
        4.2.1 500 mm试件
        4.2.2 1000 mm试件
        4.2.3 1500 mm试件
        4.2.4 2000 mm试件
    4.3 试验结果分析
        4.3.1 滞回曲线规律
        4.3.2 骨架曲线
        4.3.3 强度退化
    4.4 参数分析
        4.4.1 加载制度
        4.4.2 长细比
        4.4.3 拼合系数
        4.4.4 归一应力比
    4.5 小结
5 冷弯薄壁型钢轴压承载力计算方法
    5.1 美国有效宽度法计算分析
    5.2 中国有效宽度法计算分析
    5.3 美国直接强度法计算分析
        5.3.1 美国直接强度法
        5.3.2 建模过程
        5.3.3 后处理
        5.3.4 美国直接强度法计算分析
    5.4 有限条带法改进方法
        5.4.1 改进方法
        5.4.2 计算结果
    5.5 拼合系数法
    5.6 拼合截面计算方法
        5.6.1 计算方法
        5.6.2 计算方法验证
    5.7 小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 本文创新点
    6.3 尚待研究的问题
参考文献
附录 A 材料试验应力-应变曲线
附录 B 循环加载试件试验记录
附录 C CUFSM有限条计算结果
致谢
攻读硕士学位期间发表学术论文情况

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈俊颖;;低层冷弯薄壁型钢房屋装配式基础的应用研究[J];黑龙江科技信息;2016年35期

2 王来;陈尧;李芮;;基于蒙皮效应的冷弯薄壁型钢住宅结构动力响应分析[J];工业建筑;2013年11期

3 黎永;;Z形冷弯薄壁型钢檩条设计中的方向性[J];工程建设与设计;2012年05期

4 黄智光;苏明周;何保康;申林;齐岩;孙健;俞福利;;冷弯薄壁型钢三层房屋振动台试验研究[J];土木工程学报;2011年02期

5 刘洋;;新型高强冷弯薄壁型钢的研究总述[J];建筑设计管理;2011年09期

6 徐军刚;;冷弯薄壁型钢建筑结构体系的设计关键技术[J];山西建筑;2010年01期

7 惠颖;余巧萍;;我国规范用于计算其他强度冷弯薄壁型钢梁的适用性[J];工业建筑;2009年S1期

8 谢兆平;宗周红;林晓东;;冷弯薄壁型钢梁的滞回性能研究[J];河北工程大学学报(自然科学版);2009年03期

9 王燕;赵长伟;;冷弯薄壁型钢桁架次应力影响研究[J];工业建筑;2008年04期

10 卢林枫;董刘方;周绪红;;冷弯薄壁型钢门式刚架极限承载力影响因素[J];重庆建筑大学学报;2008年03期

相关博士学位论文 前10条

1 秦雅菲;冷弯薄壁型钢低层住宅墙柱体系轴压性能理论与试验研究[D];同济大学;2006年

2 蒋路;卷边槽形冷弯薄壁型钢轴压柱畸变屈曲的试验和理论研究[D];西安建筑科技大学;2007年

3 黄智光;低层冷弯薄壁型钢房屋抗震性能研究[D];西安建筑科技大学;2011年

4 初明进;冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙抗震性能研究[D];清华大学;2010年

5 王海明;冷弯薄壁型钢受弯构件稳定性能研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

6 王海忠;夹芯板的冷弯薄壁型钢面层板在泡沫芯层支承下的屈曲性能研究[D];西安建筑科技大学;2001年

7 马广阅;低层建筑冷弯薄壁型钢结构构件的试验与理论研究[D];武汉理工大学;2010年

8 石宇;水平地震作用下多层冷弯薄壁型钢结构住宅的抗震性能研究[D];长安大学;2008年

9 高婷婷;多肢拼合冷弯薄壁型钢箱形梁的受力性能研究[D];长安大学;2014年

10 贾子文;冷弯薄壁型钢—混凝土组合楼盖受力性能研究[D];长安大学;2010年

相关硕士学位论文 前10条

1 陈宇彤;G550冷弯薄壁型钢拼合截面柱轴压性能研究[D];大连理工大学;2019年

2 胡渊;偏载作用下开孔冷弯薄壁型钢柱研究[D];安徽理工大学;2019年

3 徐步洲;双卷边不等肢角钢冷弯薄壁型钢柱轴压稳定承载力研究[D];西安建筑科技大学;2017年

4 郭朋岗;无对称轴冷弯薄壁型钢梁稳定承载力的设计方法研究[D];西安建筑科技大学;2017年

5 陈易飞;冷弯薄壁型钢住宅拟静力抗震试验研究[D];河南理工大学;2018年

6 杜鹏飞;冷弯薄壁型钢组合墙抗剪性能研究及应用[D];沈阳工业大学;2018年

7 邵博;基于ECBL理论冷弯薄壁型钢柱构件相关屈曲研究[D];安徽理工大学;2018年

8 庞帅;喷涂式冷弯薄壁型钢—轻聚合物复合墙体受弯性能和轴压性能研究[D];合肥工业大学;2018年

9 门雨;冷弯薄壁型钢桁架组合楼盖振动性能与舒适度研究[D];合肥工业大学;2018年

10 郑再奇;装配式冷弯薄壁型钢混凝土组合体系竖向受力构件试验研究[D];山东建筑大学;2018年

本文编号：2845659