【摘 要】
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随着冷弯薄壁型钢的发展,越来越多带有中间加劲肋的槽钢被广泛用于工业建筑中,由于加劲肋的影响,畸变屈曲在构件失效模式中占有越来越重要的地位。为了研究加肋形式和尺寸对冷弯薄壁槽钢轴压柱构件局部和畸变耦合屈曲的作用,本文采用无肋截面、腹板加肋、翼缘加肋、腹板和翼缘均加肋的四种截面形式的槽钢柱,开展轴心受压试验研究,并利用有限元软件进行分析,以探究初始缺陷对试验结果的影响,同时基于中美两国冷弯薄壁型钢规范
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随着冷弯薄壁型钢的发展,越来越多带有中间加劲肋的槽钢被广泛用于工业建筑中,由于加劲肋的影响,畸变屈曲在构件失效模式中占有越来越重要的地位。为了研究加肋形式和尺寸对冷弯薄壁槽钢轴压柱构件局部和畸变耦合屈曲的作用,本文采用无肋截面、腹板加肋、翼缘加肋、腹板和翼缘均加肋的四种截面形式的槽钢柱,开展轴心受压试验研究,并利用有限元软件进行分析,以探究初始缺陷对试验结果的影响,同时基于中美两国冷弯薄壁型钢规范对试件承载力进行了计算,探究了计算公式对带有加劲肋冷弯薄壁卷边槽钢的适用性,主要内容如下:(1)通过对24根槽钢柱进行轴心受压试验,探究了不同类型加劲肋对试件承载力和失效形式的影响。由试验结果可知:相对于无加劲肋试件,加肋后试件的极限荷载均有所提升,其中腹板加肋及腹板和翼缘均加肋后抗屈曲效果明显,压杆的失效形式从局部屈曲向局部畸变耦合屈曲以及畸变屈曲模式转变;从承载力的角度看,D类腹板和翼缘均加肋的截面对承载力的提高是最有效的。(2)介绍了计算冷弯薄壁型钢畸变屈曲极限承载力的几种方法,并将试验与计算结果进行比较,Lau、Hancock的计算方法对于大部分试件,压杆畸变屈曲承载力计算结果小于试验值,因此该法偏于安全,原因是Lau和Hancock未考虑畸变屈曲的后屈曲强度;Kwon、Hancock的计算方法对于A类截面误差比较小,计算结果较为合理,其他试件的计算值均小于试验值,由于本试验材料不是高强钢材,没有较大的后屈曲强度导致不适用这个公式;Schafer直接强度D公式计算结果均大于试验值,偏于危险。(3)利用有限元软件ABAQUS对本文中的试件建模计算并分析,讨论了初始缺陷对承载力的影响,并进行了参数化分析,得出结论:发生局部屈曲的试件,施加一、二阶模态的误差最小,只施加一阶模态的误差最大;厚度对试件的局部失稳、局部和畸变失稳以及畸变失稳极限承载力的影响十分显著。随着试件厚度增加,试件发生局部屈曲的现象在逐渐减少;进一步采用有限元方法分析了加劲肋尺寸对屈曲性能的影响。计算结果表明,腹板加劲肋深度与翼缘宽度之比约为0.12,加劲肋宽度与腹板宽度之比约为0.2时,薄壁卷边槽钢的屈曲承载力提升幅度最大,且主要发生畸变屈曲。(4)利用中美两国冷弯薄壁型钢规范对本文和文献中的试验试件进行承载力计算,并分析规范对带有加劲肋冷弯薄壁型钢试件承载力的适用性、差异性和准确性;对于带有加劲肋的冷弯薄壁槽钢柱试件,我国规范中的有效宽度法仍偏于保守,相对于美国规范中的有效宽度法计算结果偏小,材料的性能仍有待进一步的利用。最终通过回归分析利用Matlab软件得出对带有中间加劲板件的稳定系数K计算公式,拟合效果较为良好。
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