冷弯薄壁型钢拼合工形截面轴压短柱基于“承载力单元”的叠加法研究

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冷弯薄壁型钢(CFS)工形截面拼合柱,由自攻螺钉将两个单肢C型截面基本构件的腹板连接拼合而成。因这类构件结构简单,应用广泛而受到国内外学者的关注,对其进行大量的试验和理论研究,但仍未有明确的通用设计方法,对这类构件理论和应用研究尚处在初级阶段。鉴于此,本课题组总结归纳CFS拼合柱真实失稳机理的基础上,从考虑“螺钉连接、截面板组相关性”等影响出发,提炼出典型承载力单元,提出了一种“基于承载力单元的叠加法”。本文以CFS工形截面拼合短柱为研究对象,对这种截面形式的拼合柱和对应的承载力单元开展试验研究,数值模拟和理论分析。具体工作内容如下:(1)对CFS拼合工形截面短柱和其对应的承载力单元开展轴压试验研究,研究截面尺寸,螺钉间距对这两种试件受力性能,破坏模式和变形特征的影响;研究承载力单元构件和CFS拼合工形截面拼合柱之间的关联。(2)借助有限元分析软件ABAQUS对承载力单元构件进行有限元分析。将有限元模拟结果与试验结果进行对比,验证通过有限元建模的可靠性。在此基础上,进行了变高厚比、宽高比和螺钉间距的变参数分析,揭示了这三个因素对试件局部屈曲极限承载力的影响规律。(3)使用中国规范(50018-2002)有效宽度法和美国规范AISI有效宽度法和直接强度法,计算本文所研究拼合柱的轴压极限承载力,并将其计算结果与试验研究的承载力和有限元模拟结果对比,分析规范计算方法的适用性。(4)在试验研究及有限元分析的基础上,通过拟合回归得到承载力单元和拼合柱的极限承载力计算公式,然后根据试验结果验证所提出的极限承载力计算公式。最后将本文提出的计算方法和中美规范计算方法的极限承载力与试验结果进行了对比分析,验证了其优越性和精确度,供工程实际应用参考。
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