双拼L型铝合金轴心受压构件稳定承载力研究

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目前常用的铝合金网壳结构包括:单层网壳和弗伦第尔双层网壳,但单层网壳整体稳定性差,弗伦第尔双层网壳两层之间距离较小,表现出来的性能类似单层网壳,在大跨度下也容易发生整体失稳,鉴于这种情况,天津大学提供了一种在大跨度下具有良好稳定性的桁架式铝合金双层空间网格结构,其杆件包括H型和双拼L型等截面铝合金构件。目前对H型铝合金构件研究比较成熟,国外对双拼螺栓连接单轴对称截面铝合金轴压构件研究较少,国内对于双拼螺栓连接铝合金轴压构件未见有详细研究。基于这种现状,为推广桁架式铝合金双层空间网格结构的应用,有必要对双拼L型铝合金构件的稳定性进行深入研究。本文的主要研究成果如下:1、设计了16根双拼等边L型铝合金轴压构件和16根双拼不等边L型铝合金轴心受压构件,进行了稳定承载力研究,分析了构件的截面类型、长细比、高宽比等参数对极限荷载和破坏形态的影响。试验结果表明:(1)截面有明显强弱轴的构件均发生弯曲屈曲,当长细比较小时发生整体失稳的同时伴随着局部屈曲。截面无明显强弱轴的构件破坏模式为绕对称轴的弯扭失稳;(2)所有试件的稳定系数随着长细比增大而降低;(3)高宽比越小越容易发生局部屈曲。2、利用软件ABAQUS对32根试验构件进行了有限元分析,通过对有限元结果与相应试验的极限荷载和破坏模式等对比分析,验证了模型在预测双拼L型铝合金轴心受压构件稳定性方面的准确性和有效性。在此基础上,通过数值模拟对影响构件稳定承载力的各种因素进行了参数化分析(主要包含宽厚比、初始弯曲、材料特性、填板厚度等)。结果表明:(1)初始弯曲、宽厚比和填板厚度对双拼L型铝合金轴压构件的稳定系数有一定影响,长细比越小影响越明显;(2)材料硬化指数对构件的稳定系数影响较小。3、建立了L型铝合金构件和T型铝合金构件的有限元模型,并将双拼L型铝合金构件的承载力与L型构件的二倍承载力以及T型构件的承载力进行对比,分析得出双拼L型铝合金构件的组合效应较好。最后研究了双拼L型铝合金轴心受压构件的设计方法,并给出了稳定系数计算公式,利用10条柱子曲线进行拟合。并将本文给出的建议公式与欧洲规范和我国规范进行对比,结果表明:本文提出的建议公式柱子曲线接近下包络线偏于安全,可以应用于实际工程中。
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