宽翼缘窄腹板冷弯薄壁型钢柱畸变屈曲分析

作者:邵博 刊名:价值工程 上传者:徐明

【摘要】选取五种翼缘宽度和五种板厚共计25种尺寸截面的宽翼缘窄腹板冷弯薄型钢轴压构件进行特征值屈曲分析,旨在研究上述因素对此类构件临界畸变屈曲应力及其对应屈曲半波长度的影响。基于此,对七种长度、3mm厚宽翼缘窄腹板冷弯薄壁卷边槽钢固支轴压构件进行非线性分析,主要研究翼缘宽度与腹板宽度之比(即B/H)对此类构件畸变屈曲极限荷载的影响。结果表明:翼缘宽度和板厚对上述构件临界畸变屈曲应力和屈曲半波长度影响显著,并呈现一定的规律;翼缘宽度与腹板宽度之比(即B/H)对固支轴压构件畸变屈曲极限荷载亦有显著影响,并基于研究结果提出了建议采用的截面尺寸。

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0引言冷弯薄壁型钢因其轻质高强、抗震性好、环保、可标准化生产等优点成为绿色建筑的主要代表,并广泛应用于新 型住宅和轻钢厂房结构。此类构件因其壁薄,受压易发生局部屈曲、畸变屈曲、整体屈曲以及它们之间的相关屈曲等失稳模式。在工程实际中会应用到不同截面形式的冷弯薄壁型钢梁或柱构件,宽翼缘窄腹板冷弯薄壁型钢构件便是其中之一,它是指翼缘宽度不小于腹板宽度的构件,该 类构件可用作货架柱或低层住宅中的承重构件。一直以铰支边界条件下得到的弹性畸变屈曲应力与屈曲半波长来,各国学者深入研究了冷弯薄壁型钢构件的局部屈曲、度的关系曲线,较之于固支边界条件有明显的凹点,可方整体屈曲和局部-整体相关屈曲性能,相关研究成果已运便判断畸变屈曲临界点。因此,在对构件进行特征值屈曲用到各钢结构规范之中,而对于薄壁型钢构件畸变屈曲的分析时,采用铰支边界条件,即在构件两端均约束X、Y方研究起步较晚。随着科技和加工工艺的快速发展,钢材的向(其所在截面垂直于柱长方向)的位移,柱中间截面约强度越来越高且钢构件的截面形式越来越复杂多样,畸变束Z方向(柱长方向)的位移,同时在柱两端施加单位均屈曲对构件承载力的危害愈加明显,甚至起控制作用。既布荷载。模拟时未考虑弯曲半径的影响。模拟得到的3mm有的冷弯薄壁型钢构件临界畸变屈曲应力计算公式较为厚宽翼缘窄腹板构件各截面形式畸变屈曲应力与屈曲半繁琐,不便于设计使用,实际上可应用有限元软件模拟得波长度关系曲线如图3所示,所得畸变屈曲变形模式见到冷弯薄壁型钢柱的弹性畸变屈曲应力。各国学者利用有图4。图3中各截面构件的临界畸变屈曲应力、屈曲半波限元方法研究了不同强度、截面形式冷弯薄壁型钢构件的长度见表1。畸变屈曲性能。李清扬等[1]和姚永红等[2]运用有限元软件分B别研究了腹板加劲槽钢和普通卷边槽钢构件的畸变屈曲性能;文献[3,4]均利用有限元软件模拟分析了不同变形模D式对腹板和翼缘均加劲高强冷弯薄壁卷边槽钢轴压构件畸变屈曲性能的影响,指出此类构件受压时会出现三种畸Ht变屈曲模式且其承载力会随畸变模式的不同而变化;郑敦等[5]基于无孔构件畸变屈曲理论,运用有限元软件对开孔冷弯薄壁型钢轴压钢构件的畸变屈曲性能进行了模拟分析,并根据分析结果就腹板上孔洞位置的设置提出建议;袁卫宁等[6]利用有限元软件对腹板双加劲高强冷弯薄壁卷图1截面形式和几何参数边槽钢构件进行参数分析,以研究其力学性能。Andrei腹板宽度卷边宽度板厚Crisan等[7,8]分别运用试验方法和有限元方法对轴压开孔和未开孔冷弯薄壁型钢货架柱的相关屈曲性能进行分析研究。文献[9]模拟分析了不同参数对斜卷边槽钢的影响,1.0表示t=1.0mm并对比分析了模拟结果与美国、澳洲规范计算结果。查阅10表示B=100mm1.5表示t=1.5mm翼缘12表示B=120mm我国现行相关规范和专著[10,11]可知,冷弯薄壁型钢构件各2.0表示t=2.0mm15表示B=150mm屈曲模式性能研究主要聚焦于宽腹板窄翼缘卷边槽钢构宽度18表示B=180mm2.5表示t=2.5mm件,而对宽翼缘窄腹板这类构件畸变屈曲性能的研究相对20表示B=200mm3.0表示t=3.0mm较少。因此,有必要对宽翼缘窄腹板这类构件的畸变屈曲图2试件编号规则性能进行研究,以区分其与宽腹板窄翼缘构件的不同。非线性分析时,在试件两端添加刚性板(其厚度为10本文选取不同翼缘宽度、板厚的宽翼缘窄腹板冷弯薄mm),并通过耦合的形式使其与试件连接在一起。两端的壁型钢构件,通过变换试件长度,模拟分析出上述截面构约束条件为:在试件非加载端刚性板上施加全约束

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