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多肢拼合冷弯薄壁型钢短柱轴压承载力研究

作　者: 阿尔扎古丽
导　师: 周天华
学　校: 长安大学
专　业: 结构工程
关键词: 冷弯薄壁型钢 拼合短柱 轴压试验 局部屈曲 非线性有限元 极限承载力
分类号: TU392.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 39次
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内容摘要


多肢拼合冷弯薄壁型钢截面短柱是由单肢C型与U型冷弯薄壁型钢基本构件通过自攻自钻螺钉拼接而成的一种承重构件。本文采用试验和数值分析方法主要针对三种截面形式的多肢冷弯薄壁型钢拼合短柱进行了试验与理论研究,并提出了建议设计方法。首先,对多肢拼合截面冷弯薄壁型钢短柱进行轴压试验研究,介绍了试验内容,试验装置,试件材性、试验方法,试件破坏过程及对试验结果的分析等,并对试验结果进行了详细的分析和比较。然后,对多肢拼合截面冷弯薄壁型钢轴压短柱进行数值分析。将有限元分析与有限条程序分析以及试验结果进行对比,验证有限元模型的正确性。在此基础上,对板件最大宽厚比、螺钉间距等影响因素进行参数分析,结果表明：减少板件最大宽厚比可以显著提高多肢拼合冷弯薄壁型钢截面短柱轴压承载力；连接螺钉间距对多肢拼合短柱轴压承载力影响不大,可以保证其整体协同工作性能。随后,在试验和有限元分析以及有限条分析的基础上,按照美国规范AISI2004和我国规范GB50018-2002中规定的方法计算了本文拼合短柱的轴压承载力,并将计算结果与试验及有限元模拟分析结果进行对比分析,结果表明：我国GB50018-2002规范计算结果与试验结果比较接近。最后,对多肢拼合冷弯薄壁型钢截面短柱轴压承载力的设计方法进行了探讨。提出了适合多肢拼合冷弯薄壁型钢截面短柱轴压承载力计算的计算修正法,通过与有GB50018-2002规范为落脚点,采用拼合修正法,得出了多肢拼合冷弯薄壁型钢截面短柱轴压承载力设计计算方法及构造建议。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-17
  1.1 引言  10-11
  1.2 研究课题的提出  11-13
    1.2.1 拼合立柱在工程中的应用  11-12
    1.2.2 本文问题的提出  12-13
  1.3 冷弯薄壁型钢拼合截面构件的研究现状  13-15
    1.3.1 国外的研究概况  13-14
    1.3.2 国内的研究概况  14-15
  1.4 本文研究的主要内容  15-17
第二章 多肢拼合冷弯薄壁型钢短柱轴压承载力试验研究  17-32
  2.1 引言  17
  2.2 试验目的和内容  17
    2.2.1 试验目的  17
    2.2.2 试验内容  17
  2.3 材性、试件及试验装置  17-20
    2.3.1 材性  17-18
    2.3.2 试件  18-19
    2.3.3 试验装置  19-20
  2.4 试验过程和破坏特征  20-24
    2.4.1 加载制度及测点布置  20-21
    2.4.2 试验过程及破坏特征  21-24
  2.5 试验结果及数据处理  24-30
    2.5.1 试验极限承载力及破坏模式  24
    2.5.2 荷载—轴向位移曲线  24-28
    2.5.3 荷载—应变曲线  28-30
  2.6 本章小结  30-32
第三章 多肢拼合冷弯薄壁型钢短柱轴压承载力试验的数值模拟分析  32-50
  3.1 概述  32
  3.2 本文有限元模型的特点  32-36
    3.2.1 单元类型选取  32-33
    3.2.2 模型材性特性  33
    3.2.3 建立几何模型  33-35
    3.2.4 网格划分  35-36
  3.4 接触状态的建立  36-37
  3.5 边界约束和荷载的施加  37-38
  3.6 模型求解  38-39
    3.6.1 特征值屈曲分析  38-39
    3.6.2 施加初始缺陷  39
    3.6.3 结构非线性分析  39
  3.7 结果后处理  39-40
  3.8 冷弯薄壁型钢立柱有限元模型的验证  40-43
    3.8.1 有限元模拟与试验过程对比分析  40-42
    3.8.2 荷载—轴向位移曲线比较  42
    3.8.3 试件破坏模式比较  42-43
  3.9 极限荷载和局部屈曲荷载的对比分析  43-44
  3.10 有限条程序  44-49
    3.10.1 概述  44-45
    3.10.2 建模过程  45-47
    3.10.3 有限条程序分析的弹性屈曲应力与试验结果比较  47-49
  3.11 本章小结  49-50
第四章 多肢拼合冷弯薄壁型钢短柱的数值变参数分析  50-75
  4.1 引言  50
  4.2 板件的最大宽厚比参数分析  50-63
    4.2.1 有限元分析承载力  51
    4.2.2 荷载—轴向位移曲线  51-63
  4.3 螺钉连接间距变参数分析  63-70
    4.3.1 有限元分析极限承载力与屈曲承载力  63-65
    4.3.2 有限元分析破坏模式  65-70
  4.4 有限条变参数分析  70-73
    4.4.1 变参数分析的有限条模型  70-73
  4.5 本章小结  73-75
第五章 多肢拼合冷弯薄壁型钢短柱的轴压承载力理论分析  75-95
  5.1 概述  75
  5.2 美国规范有效宽度法计算分析  75-80
    5.2.1 有效宽度法  75-79
    5.2.2 有效宽度法计算结果与试验结果的对比  79-80
  5.3 美国规范直接强度法计算分析  80-83
    5.3.1 直接强度法介绍  80-82
    5.3.2 直接强度法计算结果与试验结果的对比  82-83
  5.4 中国规范方法计算分析  83-86
    5.4.1 GB50018-2002计算方法介绍  83-85
    5.4.2 GB50018-2002计算结果与试验结果比较  85-86
  5.5 多肢拼合拼合短柱轴压承载力计算方法  86-93
    5.5.1 多肢拼合短柱局部屈曲临界荷载计算过程  86-90
      5.5.1.1 拼合构件各板件的局部相关屈曲系数  87-88
      5.5.1.2 确定基本构件与拼合构件的截面积和局部屈曲临界荷载  88-90
      5.5.1.3 修正后多肢拼合局部屈曲临界荷载  90
    5.5.2 多肢拼合极限荷载计算过程  90-93
      5.5.2.1 确定基本构件与拼合构件的有效截面积和极限荷载  91-92
      5.5.2.2 确定多肢拼合截面短柱极限荷载与基本构件极限荷载的关系  92-93
      5.5.2.3 修正后多肢拼合短柱极限荷载  93
  5.6 本章小结  93-95
第六章 结论与展望  95-97
  6.1 结论  95-96
  6.2 今后尚待研究的问题  96-97
参考文献  97-99
攻读硕士学位期间参与科研及获奖情况  99-100
致谢  100

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 金属结构 > 各类钢结构 > 型钢结构
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