【摘要】：近年來,隨著“裝配式建筑”的提出,鋼結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)得到迅速發(fā)展。相比熱軋鋼材,冷彎薄壁型鋼具有構(gòu)件輕巧、截面多樣化等特點,具有很大的應(yīng)用價值。本文借鑒鋼框架結(jié)構(gòu)體系及輕鋼龍骨體系的特點,構(gòu)建了適用于多層或高層結(jié)構(gòu)住宅的新型組合截面冷彎薄壁型鋼框架結(jié)構(gòu)體系,提出適用于該體系具有高承載能力的多卷邊組合閉口截面立柱,并結(jié)合CUFSM有限條軟件對立柱截面抵抗局部和畸變屈曲的能力進行優(yōu)化,基于優(yōu)化截面,開展了多卷邊組合柱受力性能試驗研究,建立了模擬多卷邊組合柱受力過程的精確有限元分析模型,并對影響多卷邊組合柱屈曲性能的長細比、寬厚比、螺栓間距、偏心受力狀態(tài)等關(guān)鍵因素進行了參數(shù)化分析。最后,提出了適用于多卷邊組合柱軸心受壓與偏心受壓狀態(tài)下屈曲承載力的直接強度法計算公式。通過上述研究,主要結(jié)論如下:(1)多卷邊組合閉口截面,由四個相同的冷彎薄壁型鋼柱肢通過加入墊板,采用高強螺栓連接的方式組合而成。通過CUFSM有限條軟件進行優(yōu)化后的多卷邊組合截面抵抗局部屈曲、畸變屈曲的性能優(yōu)越。采用該截面形式的多卷邊組合柱具有重量輕、承載力高的特性,適合應(yīng)用于多層框架住宅中。(2)試驗結(jié)果表明:偏心方向?qū)Χ嗑磉吔M合柱試件的破壞模式影響很大,在弱軸上偏心時試件發(fā)生局部壓潰的現(xiàn)象,未發(fā)生整體彎曲,而軸心受壓、強軸上偏心和雙向偏心受壓試件則發(fā)生整體側(cè)向彎曲破壞;多卷邊組合柱除破壞截面外的其余區(qū)域未出現(xiàn)明顯的板件鼓曲的局部屈曲現(xiàn)象。(3)長細比、寬厚比、螺栓間距和偏心受力狀態(tài)等因素對多卷組合柱的屈曲模式、初始剛度和極限承載力影響較大。尤其,立柱的截面利用率隨板件寬厚比的減小而提高,當(dāng)板件寬厚比在21.1~25.0范圍時,截面利用率達到最大并趨于穩(wěn)定;與完全連接截面相比,螺栓間距越大,其極限承載力下降越多,以螺栓間距為500mm時的屈曲承載力為基準(zhǔn),給出了軸壓試件承載力與螺栓間距、長細比相關(guān)的修正系數(shù)β;立柱極限承載力隨偏心距的增大而降低,偏心距相同時,隨偏心角的增大而提高。(4)北美規(guī)范(AISI S100-2012)中直接強度法公式對常用范圍內(nèi)的軸心受壓多卷邊組合柱整體屈曲承載力計算偏于不安全,依據(jù)分析結(jié)果,給出了修正系數(shù)γ;對于繞強軸、弱軸受彎的多卷邊組合柱,北美規(guī)范對螺栓間距為500mm時的整體屈曲承載力計算結(jié)果與實際符合較好,不需要修正,并以此為基準(zhǔn),提出了多卷邊組合柱繞強軸、弱軸受彎屈曲承載力與螺栓間距相關(guān)的修正系數(shù)β_x、β_y。(5)北美規(guī)范對于多卷邊組合柱局部屈曲承載力的計算結(jié)果與實際偏差較大,規(guī)范計算值均相當(dāng)保守�；诜治鼋Y(jié)果,擬合了適用于多卷邊組合柱軸心受壓、繞強軸、弱軸受彎的直接強度法公式,并對公式進行組合,得到立柱偏心受壓狀態(tài)下的直接強度法公式。將擬合公式計算值與試驗值、有限元分析結(jié)果進行對比,結(jié)果表明:本文擬合的直接強度法公式能夠較好地預(yù)測常用多卷邊組合柱在軸心受壓和偏心受壓狀態(tài)下的屈曲承載力。
【圖文】：

冷彎型鋼在成型過程中因冷作硬化的影響，鋼材屈服點顯著提高，，即所謂的冷彎效應(yīng)。這些都對構(gòu)件的受力性能有利，可以減輕結(jié)構(gòu)自重，節(jié)省鋼材。所以，冷彎薄壁型鋼構(gòu)件在受力機理上是合理的，具有很大的應(yīng)用價值。19 世紀(jì)中葉，冷彎薄壁型鋼開始應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)中，但直到 1946 年美國鋼鐵學(xué)會（AISI）正式頒布世界上第一部冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，其在工業(yè)及民用建筑中的應(yīng)用才開始廣泛起來。據(jù)相關(guān)報導(dǎo)[1, 2]，冷彎薄壁型鋼在美國占據(jù)了大概 45%的建筑用鋼市場，其中在夏威夷州，超過 50%的居民住宅采用冷彎薄壁型鋼建筑結(jié)構(gòu)[3]。此外，在英國、日本和澳大利亞等國家，冷彎薄壁型鋼也得到了廣泛應(yīng)用。20 世紀(jì) 60 年代由于外援工程的需要，我國才開始研究冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。1969 年我國制定國家標(biāo)準(zhǔn)《彎曲薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（草案），繼而正式頒布《薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（試行）。近些年，隨著裝配式住宅和建筑工業(yè)化的提出，鋼結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)得到迅速發(fā)展，冷彎薄壁型鋼作為鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的重要組成部分，得到了一定程度的應(yīng)用�，F(xiàn)階段，冷彎薄壁型鋼住宅主要應(yīng)用于低層的別墅住宅或商業(yè)建筑，一般均在四層以下，以 1~2 層最為普遍，結(jié)構(gòu)形式主要為輕鋼龍骨體系（如圖 1.1）。

圖 1.3 鋼貨架體系常用多卷邊歐姆柱截面形式，冷彎薄壁型鋼構(gòu)件的承載性能具有以下特點：件的破壞模式呈現(xiàn)復(fù)雜化，立柱承載力由穩(wěn)定承整體屈曲、局部屈曲和畸變屈曲[4]。屈曲后強度的構(gòu)件的一個特點。因此，對于冷彎薄壁構(gòu)件，其到整體屈曲、局部屈曲以及畸變屈曲中兩者或三骨體系中的構(gòu)件形式，由于構(gòu)件厚度較薄，而長面外的屈曲承載力較小，易發(fā)生平面外失穩(wěn)和局中常用的冷彎薄壁開口截面構(gòu)件而言，多卷邊增大比，使局部屈曲承載力增加，但開口的形式造成了曲。型鋼多卷邊組合閉口截面立柱形式目前，適用于多、高層結(jié)構(gòu)的冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)體地資源的日益匱乏，適用于低層的輕鋼龍骨住宅體以冷彎薄壁型鋼材料為主的多層結(jié)構(gòu)體系顯得尤為
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU392.1

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本文編號：2682338