【摘 要】
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冷弯薄壁型钢柱作为冷弯薄壁型钢结构主要的承重骨架已经在国内外很多轻钢结构建筑中得到广泛应用,实践证明,由于薄壁构件的板件宽厚比较大,受压时易发生局部屈曲失稳,通常在板件上设置加劲肋,可显著提高构件的局部屈曲承载力,增加其稳定性。对于薄壁型钢构件承载力的计算方法,现有规范尚没有考虑畸变屈曲的影响,并且计算过程复杂的缺点越发突出。近几年来,提出的直接强度法(Direct Strength Method
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冷弯薄壁型钢柱作为冷弯薄壁型钢结构主要的承重骨架已经在国内外很多轻钢结构建筑中得到广泛应用,实践证明,由于薄壁构件的板件宽厚比较大,受压时易发生局部屈曲失稳,通常在板件上设置加劲肋,可显著提高构件的局部屈曲承载力,增加其稳定性。对于薄壁型钢构件承载力的计算方法,现有规范尚没有考虑畸变屈曲的影响,并且计算过程复杂的缺点越发突出。近几年来,提出的直接强度法(Direct Strength Method简称DSM)有效解决了没有考虑畸变屈曲的问题。目前,主要针对V形和∑形等常见加劲构件的稳定性能及承载力计算方法研究相对较多,而对其他类型加劲构件的研究相对较少。作者提出在腹板中间设置帽形加劲以及腹板和翼缘同时设置中间帽形加劲的新型截面冷弯薄壁型钢受压构件,通过试验、理论分析和计算机模拟的方法研究其力学性能。通过试验,研究了 30根新型截面冷弯薄壁型钢简支受压构件的稳定性能,试验结果表明,中间帽形加劲肋的设置能有效提高构件的局部屈曲临界应力和极限承载力。相比不加劲普通复杂卷边槽钢截面试件,腹板中间帽型加劲复杂卷边槽钢截面试件的极限承载力提高了 50%~60%,腹板和翼缘同时中间帽型加劲复杂卷边槽钢截面试件的极限承载力提高了 80%~140%;试件破坏模式,短柱均以局部和畸变的相关屈曲为主,中长柱以局部、畸变和整体的相关屈曲为主,而长柱以畸变和整体相关屈曲为主;在偏心受压构件中,中间设置帽形加劲肋可以使偏心受压构件截面有效形心偏移的距离和方向发生改变。利用有限元软件,建立了适合于中间帽型加劲复杂卷边槽钢构件的有限元分析模型。计算结果表明,板件中间帽形加劲能够显著提高构件的承载效率,在轴心受压、正偏心受压及负偏心受压状态下,腹板中间帽型加劲及腹板和翼缘同时中间帽型加劲构件的承载效率比普通复杂卷边槽钢构件分别提高41%和43%、17%和15%、37%和71%;简支柱和固支柱的极限承载力都随着构件长度的增加而显著降低;不同截面类型的构件变化板件厚度得到的极限承载力提高比例具有显著的差异;在两种边界条件下,翼缘宽度的变化对构件破坏模式和极限承载力的影响变化差异不大;板件加劲对两种边界条件下构件的承载效率提高幅度有所差异;在截面中设置加劲肋可有效降低截面宽厚比并提升构件的极限承载力;截面形式不同的构件其轴心受压位置处的承载力并不是最大。利用有限条软件CUFSM,建立了中间帽形加劲复杂卷边槽钢简支轴心受压构件弹性屈曲应力分析模型。计算结果表明,在复杂卷边槽钢构件的腹板中间设置帽形加劲肋、腹板和翼缘中间同时设置帽形加劲肋可以显著提高构件弹性局部屈曲应力,对构件的弹性畸变屈曲应力和弹性整体屈曲应力的影响较小。根据试验和计算结果,针对两端简支及固支边界条件下的中间帽型加劲截面构件,建立了同时考虑局部、畸变和整体相关屈曲下的直接强度法计算公式;建立了两端简支边界条件下的截面有效形心偏移量的计算公式、在弯矩作用平面内偏心受压构件的稳定承载力直接强度法计算公式。
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