轴压下高强度冷弯薄壁槽钢柱相关屈曲性能研究

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随着社会的进步和科技水平的发展,建筑正在往轻巧、安全、经济、便捷等方面拓展,而冷弯薄壁构件正是具备了轻便、强度高、加工组装方便等优点,开始广泛地应用于建筑结构中,特别是在冷弯薄壁型钢构件住宅的应用上。本文主要以高强度冷弯薄壁卷边槽形截面钢柱为研究对象,研究了其在轴压下的局部-整体屈曲临界荷载。  薄壁截面钢柱往往先发生局部屈曲,随着荷载的增加发生整体屈曲。因此局部屈曲变形是如何影响整体屈曲性能,以及如何求解局部-整体屈曲临界荷载成为一个重要的研究内容。本文提出了一种新的理论计算方法,通过经典能量法求解轴压下,简支薄壁槽钢柱的局部-整体屈曲临界荷载,其中局部屈曲对整体屈曲临界荷载的影响以抗弯刚度改变的形式施加在整体构件上,抗弯刚度的改变则通过局部变形与荷载之间的函数关系来表示,从理论上解决了多元高次非线性方程组无解的情况。通过对比理论解和有效的非线性有限元分析结果,不同的构件尺寸下两者吻合得较好,其中对于短柱而言平均偏差为3.68%左右;对于长柱而言,随着构件长度增大,偏差减小。  通过对比我国冷弯薄壁型钢结构设计规范(GB50018-2013)、美国规范AISI2004中的直接强度法(DSM)和本文提出的理论解,结果表明GB50018-2013并不能直接应用于本文研究对象的整体稳定性计算;DSM相较于理论解更符合实际情况,但对于实际屈曲荷载的预测仍然过于危险;理论解相较于等截面欧拉荷载,当构件的高厚比较大且长细比不是太大的情况下,局部-整体屈曲荷载理论解与欧拉临界荷载之间的差值较大,部分尺寸构件达到1倍以上,但较为靠近非线性有限元解和DSM结果,因此能够更好地预测两端简支高强度冷弯薄壁槽形截面钢柱在轴压下的屈曲性能。
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