双肢热轧槽钢拼合柱受力性能的有限元研究

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当前我国面临专业技工匮乏、建设工人老龄化的困境,政府将发展绿色建筑作为首要任务,装配式建筑体系具有设计标准化、绿色施工以及节约劳动力等优点,符合绿色建筑的要求。装配式模块化集装箱房屋符合我国建筑发展方向,是装配式建筑中不可忽视的一个发展分枝。本文介绍了 一种适用于装配式模块化集装箱房屋的双肢热轧槽钢拼合柱,集装箱运用带孔槽钢柱作为框架柱,利用螺栓将带孔槽钢柱拼接成双拼柱,实现集装箱在横向上的组合。通过螺栓连接固定集装箱骨架,减少现场施焊工序,施工方便快捷,满足装配式建筑快速安装的要求。由于双槽钢组合截面构件在建筑结构中表现出较好的力学性能,许多国内外研究学者对这种组合构造进行了深入研究。目前,双槽钢组合构件在建筑结构中主要应用在支撑位置,同时国内外的研究主要集中在交错桁架中双槽钢组合构件的滞回性能,对于双槽钢组合截面构件的受力性能并未展开深入研究,此外,对双槽钢组合构件进行结构设计时,缺乏可供参考的相关设计规范。双槽钢组合截面构件在建筑工程中的广泛应用推动了制定设计规范和进行理论分析的进程,由此可见,对双槽钢组合截面构件在受力作用下表现的力学性能进行分析具有重大意义。本文将由两肢热轧槽钢通过螺栓连接组成的双肢热轧槽钢拼合柱作为研究对象,采用有限元软件ABAQUS共建立7组78个双肢热轧槽钢拼合柱的数值分析模型,研究整体长细比λ在70~100内的双拼柱在轴压和偏压下的受力性能。首先对双肢热轧槽钢拼合柱的轴压性能进行研究,分析了单肢长细比(本文指侧向螺栓的间距)、柱长度、加劲肋位置以及顶端加密对双拼柱轴压性能的影响;然后对双肢热轧槽钢拼合柱的偏压性能进行研究,分析了单肢长细比、柱长度和偏心距对双拼柱偏压性能的影响。通过对双肢热轧槽钢拼合柱的轴压性能进行研究,得出结论:减小双拼柱的单肢长细比,试件的极限承载力得到明显提升;当双拼柱的单肢长细比大于或等于50i时,破坏模式表现为单肢槽钢弯曲破坏,当双拼柱的单肢长细比小于50i时,破坏模式呈现与同截面H型钢柱整体弯曲失稳相似的特征;根据有限元计算结果,建议拼合柱螺栓间距的取值范围:10i(211mm)≤S≤30i(633mm),其中i为回转半径。对于整体长细比λ在70~100区间内的双肢热轧槽钢拼合柱,柱长度对其极限承载力并无显著影响;建议在实际工程设计中,在螺栓两侧设置加劲肋、对双拼柱顶部位置进行螺栓加密处理。通过对双肢热轧槽钢拼合柱的偏压性能进行研究,得出结论:单肢长细比、柱长度、偏心距对双肢热轧槽钢拼合柱偏压的破坏模式和极限受弯承载力均影响较大,但是偏心方向的不同,导致影响程度不同,绕y轴(弱轴)试件的偏压极限承载力和初始刚度随着偏心距的增大降低幅度比绕x轴(强轴)试件大。
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