冷彎型鋼雙肢組合截面長(zhǎng)柱軸壓性能分析

王 群

(西安歐亞學(xué)院建筑工程學(xué)院，陜西 西安 710065)

0 引言

冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)作為一種新型結(jié)構(gòu)體系，近年來(lái)在各國(guó)得到了廣泛應(yīng)用，由C形和U形截面基本構(gòu)件通過(guò)自攻自鉆螺釘連接形成各種截面形式的拼合立柱，作為主要承重構(gòu)件被廣泛應(yīng)用于冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)住宅墻體邊角處、門(mén)窗洞口等需加強(qiáng)的部位[1，2]。本文利用ANSYS有限元程序?qū)﹂_(kāi)口雙肢組合截面立柱長(zhǎng)柱的軸壓性能進(jìn)行了分析研究，得出了在軸向壓力作用之下，開(kāi)口雙肢組合截面立柱長(zhǎng)柱的破壞模式和極限承載力。

1 有限元模型的建立

1)構(gòu)件的幾何模型。開(kāi)口雙肢組合截面立柱由C形和U形冷彎薄壁型鋼基本構(gòu)件通過(guò)自攻自鉆螺釘拼合而成，立柱截面形式如圖1所示，尺寸如表1所示。

2)材料的本構(gòu)關(guān)系。本文有限元分析中的鋼材材性按照本文試驗(yàn)取彈性模量E=2.23×105，泊松比 μ=0.3，屈服強(qiáng)度 fy=334.03 MPa。理論上臨界屈曲荷載與材料的屈服強(qiáng)度是無(wú)關(guān)的，材料應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系采用理想彈塑性模型即可，而在非線性屈曲分析時(shí)，材料的本構(gòu)關(guān)系如圖2所示。

圖1 開(kāi)口雙肢組合立柱截面

圖2 材料的應(yīng)力—應(yīng)變曲線

表1 截面編號(hào)及尺寸 mm

3)有限元模型。參考文獻(xiàn)[3]，采用有效應(yīng)變單元Shell81模擬立柱和導(dǎo)梁，采用三維結(jié)構(gòu)實(shí)體單元Solid45模擬ST4.8級(jí)自攻自鉆螺釘。參考文獻(xiàn)[4]～[7]，文中模型施加l/750的幾何初始缺陷，l為立柱長(zhǎng)度，未考慮殘余應(yīng)力和冷彎效應(yīng)的影響。開(kāi)口雙肢組合截面立柱的有限元實(shí)體模型如圖3所示。

圖3 構(gòu)件實(shí)體模型

2 有限元參數(shù)分析

2.1 破壞模式

有限元分析所得的最終破壞模式屬于整體、局部以及畸變屈曲的相關(guān)屈曲破壞，試件在加載過(guò)程當(dāng)中都出現(xiàn)了不同程度的局部屈曲與畸變屈曲現(xiàn)象，破壞特征如圖4所示。

圖4 破壞特征

2.2 極限承載力

開(kāi)口雙肢截面立柱軸壓荷載和軸向位移的變化關(guān)系如圖5所示，其極限承載力為116.74 kN。

圖5 荷載—軸向位移關(guān)系曲線

3 結(jié)語(yǔ)

1)開(kāi)口雙肢組合截面立柱長(zhǎng)柱破壞以彎曲屈曲為主，同時(shí)加載過(guò)程中伴隨有畸變屈曲和局部屈曲。2)開(kāi)口雙肢截面組合截面立柱軸向受壓極限承載力為116.74 kN。

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[3]陳精一，蔡國(guó)忠.電腦輔助工程分析——ANSYS使用指南[M].北京:中國(guó)鐵道出版社，2001.

[4]GB 50017-2010，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]王士奇，董 軍.軸心受壓冷成型厚壁鋼構(gòu)件非線性有限元分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2004(11):63-65.

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