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冷弯薄壁C型钢双肢闭合拼合柱的极限承载力研究

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工业建筑 2022年第11期52卷 175-180,174页

作者：董事尔杨博张爱荣西南石油大学土木工程与测绘学院成都610500 俊发集团有限公司昆明650000

为得到冷弯薄壁C型钢双肢闭合拼合柱的极限承载力的计算公式,采用有限条软件cUFSM以及直接强度法DSM计算得到单肢冷弯薄壁C型钢构件的极限承载力,并运用ABAQUS有限元分析软件计算出轴压作用下的冷弯薄壁C型钢双肢闭合拼合柱的极限承载... 详细信息

为得到冷弯薄壁C型钢双肢闭合拼合柱的极限承载力的计算公式,采用有限条软件cUFSM以及直接强度法DSM计算得到单肢冷弯薄壁C型钢构件的极限承载力,并运用ABAQUS有限元分析软件计算出轴压作用下的冷弯薄壁C型钢双肢闭合拼合柱的极限承载力。通过对比不同截面几何参数下的单肢冷弯薄壁C型钢构件与冷弯薄壁C型钢双肢闭合拼合柱的极限承载力,分析得到各个参数对拼合柱组合效应系数的影响规律,确定出组合效应系数与两个重要参数的函数关系。采用1stopt拟合软件对大量已得到的组合效应数值进行回归分析,建立了冷弯薄壁C型钢双肢闭合拼合柱的组合效应系数简化公式以及极限承载力计算公式。

关键词：冷弯薄壁C型钢双肢闭合拼合柱极限承载力组合效应 DSM

嵌套加强的LQ550高强冷弯薄壁C型钢连续檩条受力性能研究

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建筑结构 2024年第1期54卷 66-71页

作者：袁焕鑫房铭坤杜新喜柯善夫谭美超武汉大学土木建筑工程学院武汉430072 中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司武汉430071

为提高LQ550级高强冷弯薄壁C型钢连续檩条的承载能力,采用在支座处嵌套的方法来加强连续檩条。对未加强和采用两种嵌套方式加强的檩条共7组试件进行三点受弯试验,得到了试件的承载性能和破坏形态,试验结果表明加强后的试件出现跨中局部... 详细信息

为提高LQ550级高强冷弯薄壁C型钢连续檩条的承载能力,采用在支座处嵌套的方法来加强连续檩条。对未加强和采用两种嵌套方式加强的檩条共7组试件进行三点受弯试验,得到了试件的承载性能和破坏形态,试验结果表明加强后的试件出现跨中局部屈曲和嵌套端部局部屈曲两种破坏形态。采用ABAQUS软件建立了非线性有限元模型对嵌套加强的檩条进行数值模拟,有限元分析得到的承载力和破坏形态与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的准确性。基于验证的有限元模型,分析了两种嵌套方式和不同嵌套长度对檩条承载力的提升,且表明嵌套檩条的长度宜取为连续檩条跨度的1/5~1/4。

关键词：高强钢冷弯薄壁C型钢连续檩条嵌套加强受力性能

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冷弯薄壁C型钢简支檩条连续化加固技术研究

冷弯薄壁C型钢简支檩条连续化加固技术研究

作者：丰成成山东建筑大学

学位级别：硕士

冷弯薄壁构件在工业民用建筑中已经得到了广泛应用,典型的代表为轻型门式刚架厂房,檩条作为一种冷弯薄壁型钢构件,在轻钢结构厂房屋盖体系中发挥着极其重要的作用。近年来国家大力推广太阳能光伏发电,老旧轻钢结构厂房屋顶得到了广泛应... 详细信息

冷弯薄壁构件在工业民用建筑中已经得到了广泛应用,典型的代表为轻型门式刚架厂房,檩条作为一种冷弯薄壁型钢构件,在轻钢结构厂房屋盖体系中发挥着极其重要的作用。近年来国家大力推广太阳能光伏发电,老旧轻钢结构厂房屋顶得到了广泛应用。2019年4月1日实施的《建筑结构可靠性设计统一标准》GB50068-2018恒载和活载的分项系数变为1.3和1.5(旧标准为1.2和1.4),2022年1月1日实施的《工程结构通用规范》GB55001-2021规定不上人屋面活荷载为0.5k N/m(原门式刚架设计一般取0.3k N/m),再考虑增加的光伏板和支架的重量,导致檩条普遍承载力不足,需要进行加固处理。国内目前常用的加固方式有增大檩条截面尺寸、加密檩条等等,这些加固方式施工效率低,用钢量较大不经济,简支变连续作为一种檩条连续化加固方式,用钢量较少,施工方便,经济性较好,目前对冷弯薄壁C型钢连续檩条的设计缺少相关标准规范,国内外研究主要集中在c型连续檩条的受力性能和连接上,对局部加强的c型连续檩条受力性能和连接研究较少。为了逐步完善局部加强c型连续檩条的相关研究,针对冷弯薄壁C型钢简支檩条进行加固,采用简支变连续的加固方法,即在相邻檩条支座位置嵌套连接件使其连续化,分别采用理论计算、有限元分析和试验验证的方法,选出最优的加固方案,对冷弯薄壁C型钢内嵌式连续檩条的搭接长度、连接方式和内嵌连接件的规格尺寸进行研究,最后通过一个工程实例验证计算分析,为c型连续檩条在实际工程中的应用提供依据,主要内容如下:首先介绍了冷弯薄壁C型钢檩条设计的一些相关理论,然后通过PKPM软件工具箱计算对比增大檩条截面尺寸、加密檩条、简支变连续这三种加固方式,从受力性能、经济性、施工操作性综合得出简支变连续加固方式为最优的加固方案。其次,针对我国相关规范标准对c型钢连续檩条的嵌套搭接长度并没有明确规定的现状,采用有限元软件ABAQUS建立内嵌式c型连续檩条模型,支座处嵌套连接件与原檩条采用螺栓有效连接,考虑檩条跨度取6m、7m、8m、9m以及搭接长度系数α取(17)(4)-(17)(15)(4)进行建模分析,并探讨檩条的连续性β,根据檩条的连续性β分析得出冷弯薄壁C型钢檩条内嵌式连续化加固合理的搭接长度。结果表明:冷弯薄壁内嵌式c型连续檩条的搭接长度宜不小于简支檩条跨度的10%,随着嵌套搭接长度的增加,檩条连续性不断增加,当搭接长度取檩条跨度的10%时,檩条连续性达到90%左右。再次,简支变连续的关键在于支座处的嵌套搭接,相邻檩条支座处嵌套搭接的连接方式以及嵌套搭接件的规格尺寸也是影响c型连续檩条受力性能的重要因素。通过有限元软件ABAQUS,对连续檩条内嵌式加固方案下采用螺栓连接和结构胶连接进行了计算对比分析研究。另外,改变内嵌式嵌套连接件尺寸规格,在保证支座处连续性β接近100%的前提下,研究了不同规格尺寸嵌套搭接连接件下对搭接长度的影响。结果表明:采用结构胶粘结的连接方式,檩条内嵌式加固的连续性和刚度优于螺栓连接,综合考虑两种连接方式的施工工序与经济性,檩条连续化加固可优先选择螺栓连接;在保证支座处连续性β接近100%的前提下,不同规格尺寸的连接件所需的搭接长度有所不同,随着连接件规格尺寸的不断增大,所需嵌套搭接长度不断减小;为了保证嵌套连接件施工方便,连接件腹板高度不宜和原檩条腹板高度一致,冷弯薄壁C型钢连续檩条嵌套连接件腹板高度不宜小于原檩条腹板高度的70%,翼缘宽度不宜小于原檩条翼缘宽度的60%。最后,以某一实际工程为例,在支座处增加连接件将简支檩条连接起来成为连续檩条,采用内嵌式和外包式两种加固方案,分别进行了ABAQUS有限元数值模拟分析和试验研究,计算分析了两种连续化加固方案下檩条挠度、应力的变化情况,与简支c型钢檩条进行了对比,以此来验证以上数值模拟结论的合理性。结果表明:简支檩条通过这两种连续化加固方案,整体刚度明显提升,承载力达到设计要求;采用在支座处外包连接件的连续化加固方案整体刚度提升较大,加固效果较好,但施工麻烦。有限元模拟计算竖向位移值小于试验值,究其原因一是螺栓连接紧固程度的影响,二是模拟时限制上翼缘的侧向位移只能近似模拟屋面板的应力蒙皮效应;简支檩条连续化加固方案对端跨檩条影响较小,端跨檩条建议采用檩条加密或增大檩条截面尺寸进行加固。

关键词：冷弯薄壁C型钢连续化连续檩条檩条加固有限元分析

腹板开孔对冷弯薄壁C型钢简支檩条受力性能影响

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南京工业大学学报（自然科学版） 2021年第1期43卷 108-115页

作者：张旭王维川黄炳生张涛南京工业大学土木工程学院江苏南京211800 国网扬州供电公司江苏扬州225000

为了研究腹板开孔对冷弯薄壁C型钢简支檩条受力性能的影响,选取不同孔洞直径和间距的腹板开孔冷弯薄壁C型钢简支檩条进行有限元受力性能分析,分析腹板开孔冷弯薄壁C型钢简支檩条的刚度、承载力、应力分布和破坏模式,研究孔洞离支座距离... 详细信息

为了研究腹板开孔对冷弯薄壁C型钢简支檩条受力性能的影响,选取不同孔洞直径和间距的腹板开孔冷弯薄壁C型钢简支檩条进行有限元受力性能分析,分析腹板开孔冷弯薄壁C型钢简支檩条的刚度、承载力、应力分布和破坏模式,研究孔洞离支座距离、孔径和孔间距对简支檩条受力性能的影响。结果表明:仅距支座檩条高度(H)以上处开直径不超过檩条高度1/2孔洞时,开孔基本不影响c型钢檩条的受力性能。腹板沿全长均匀开孔会降低檩条的受力性能,随着孔径增大,孔距减少,檩条的受力性能降低,弹塑性阶段越短,屈服荷载、极限荷载明显下降,构件整体刚度下降,位移增大明显。当开孔直径不大于H/3、孔间净距不小于3H时,开孔对檩条极限荷载基本没影响,位移增大不到1.4%。开孔对檩条破坏模式没有影响,均表现为跨中上翼缘屈曲,跨中上、下翼缘应力达到屈服。

关键词：冷弯薄壁C型钢简支檩条腹板开孔受力性能

cFRP加固冷弯薄壁C型钢长构件的轴压承载力

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土木建筑与环境工程 2017年第3期39卷 50-57页

作者：唐红元王灿军潘毅王忠凯胡志鹏西华大学建筑与土木工程学院成都610039 西南交通大学土木工程学院成都610031

为了研究cFRP加固冷弯薄壁C型钢长构件的承载能力,对腹板和翼缘均粘贴cFRP的试件进行了轴心受压加载试验。7根长度均为1 400mm的试件,其中1根为未加固的控制试件,其余6根封闭缠绕外贴50mm宽cFRP间距为50、100、150mm 3种情况,层数为1层... 详细信息

为了研究cFRP加固冷弯薄壁C型钢长构件的承载能力,对腹板和翼缘均粘贴cFRP的试件进行了轴心受压加载试验。7根长度均为1 400mm的试件,其中1根为未加固的控制试件,其余6根封闭缠绕外贴50mm宽cFRP间距为50、100、150mm 3种情况,层数为1层和2层。试验结果表明,在轴心荷载作用下的破坏模式为整体弯扭失稳,与控制试件相比,加固后试件的稳定极限承载力均有不同程度的提高;当cFRP间距与腹板高度的比值小于1时,加固效果较理想,且2层cFRP的加固效果好于1层。最后,采用有限元对模型进行数值模拟,对比试验数据和数值模拟结果,二者吻合较好。

关键词：冷弯薄壁C型钢加固整体稳定轴心受压

冷弯薄壁C型钢PEc柱轴心受压承载力试验研究

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冷弯薄壁C型钢PEC柱轴心受压承载力试验研究

作者：霍晓阳内蒙古科技大学

学位级别：硕士

我国的建筑行业近年来发展迅速,一些新兴的具备良好性能的组合构件被逐渐运用于结构设计与建设之中。PEc结构是一种新的钢与混凝土组合形式,它发挥了两种材料各自的优点,整体性能都优于传统的混凝土结构和钢结构。冷弯薄壁C型钢材质轻薄... 详细信息

我国的建筑行业近年来发展迅速,一些新兴的具备良好性能的组合构件被逐渐运用于结构设计与建设之中。PEc结构是一种新的钢与混凝土组合形式,它发挥了两种材料各自的优点,整体性能都优于传统的混凝土结构和钢结构。冷弯薄壁C型钢材质轻薄,易于加工,钢材强度高延性好,具有很高的开发利用价值。本文研究的冷弯薄壁C型钢PEc柱是一种新型截面的PEc柱,通过试验分析和模拟分析对其受力和变形特点进行研究与总结。为了研究冷弯薄壁C型钢PEc组合柱的受力性能,采用两个冷弯薄壁C型钢背靠背利用垫板及高强螺栓连接形成工型截面后,在两侧翼缘间焊接横向系杆形成钢骨架,然后在内部浇筑混凝土的方式制作了9根冷弯薄壁C型钢PEc柱,并对其进行了轴心受压承载力试验。试验主要考虑了垫板厚度、垫板间距、c型钢型号等因素。研究分析了冷弯薄壁C型钢PEc柱的承载力影响因素,对腹板和翼缘的荷载-应变曲线进行了分析。结果表明,冷弯薄壁C型钢PEc短柱承载力的影响因素主要为c型钢型号即柱截面的大小。c型钢型号越大,PEc柱的承载力越高。垫板间距,垫板厚度和锚固螺栓的长度对PEc柱的极限承载力影响不大。依据叠加原理提出了PEc柱极限承载力的计算公式,理论计算与试验结果吻合度较好,公式计算的承载力基本都低于试验极限承载力,偏于安全。基于试验结果,采用有限元分析软件ABAQUS进行了相关参数的拓展分析。有限元模拟试件的破坏模式和得到的相应曲线与试验相似,模拟结果和试验结果基本吻合。由模拟结果可得出:提高填充混凝土的强度等级可以提高PEc柱的承载力,提高钢材强度不仅可以提高承载力还可以降低极限压缩位移。

关键词：冷弯薄壁C型钢 PEc柱轴心受压极限承载力有限元分析

冷弯薄壁C型钢桁架梁柱节点抗震性能试验研究

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建筑结构 2018年第6期48卷 46-50页

作者：戴明明陶忠钱立王虹姣金思叶鑫张丹昆明理工大学工程抗震研究所昆明650500 四川大学锦城学院土木工程系成都611731

为了更好地了解既有冷弯薄壁C型钢桁架梁柱节点的受力性能,促进建筑工程装配式轻钢结构活动板房在云南省的推广和装配式轻钢结构活动板房地方性技术规范的编制,对4种足尺桁架梁柱节点进行了低周往复荷载下的拟静力试验。研究不同连接形... 详细信息

为了更好地了解既有冷弯薄壁C型钢桁架梁柱节点的受力性能,促进建筑工程装配式轻钢结构活动板房在云南省的推广和装配式轻钢结构活动板房地方性技术规范的编制,对4种足尺桁架梁柱节点进行了低周往复荷载下的拟静力试验。研究不同连接形式下节点的抗震性能,分析了节点的滞回特性、承载能力、刚度退化、延性和耗能能力。研究表明,角钢或节点板与柱采用四面围焊方式的节点的承载能力、延性及耗能能力较采用两侧焊接方式的节点有提高,而采用角钢连接形式的节点的耗能能力优于采用节点板连接形式的节点。

关键词：冷弯薄壁C型钢桁架梁柱节点拟静力试验抗震性能

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加劲冷弯薄壁C型钢轴压构件屈曲承载力研究

加劲冷弯薄壁C型钢轴压构件屈曲承载力研究

作者：徐卓华中科技大学

学位级别：硕士

对冷弯薄壁C型钢来说,有三种屈曲模式:局部屈曲,畸变屈曲和整体屈曲。以往的研究多以局部屈曲和整体屈曲为主,而畸变屈曲由于认识较晚,且自身复杂使得对其许多研究成果无法达成共识,需要进一步研究。本文以国内外已有的对无加劲冷弯薄壁... 详细信息

对冷弯薄壁C型钢来说,有三种屈曲模式:局部屈曲,畸变屈曲和整体屈曲。以往的研究多以局部屈曲和整体屈曲为主,而畸变屈曲由于认识较晚,且自身复杂使得对其许多研究成果无法达成共识,需要进一步研究。本文以国内外已有的对无加劲冷弯薄壁C型钢屈曲试验研究为基础,用大型有限元软件ANSYS进行分析并验证有限元数值分析的有效性,在此模型的基础上设置V型加劲和U型加劲,并对其进行屈曲特征分析和考虑初始缺陷的屈曲分析,求得屈曲承载力和极限承载力;通过有限元分析,研究不同构件长度、加劲模式、卷边高度、加劲尺寸对轴压杆屈曲模态和屈曲承载力、极限承载力的影响,重点研究了无加劲的冷弯薄壁C型钢、V型加劲冷弯薄壁C型钢和U型加劲冷弯薄壁C型钢这几种模型。各国规范存在两种方法来设计冷弯薄壁型钢构件:有效截面法和直接强度法。有效截面法被规范广泛采用,但只能用于发生局部屈曲构件的计算,若构件发生了畸变屈曲,则就不适用。直接强度法是通过将构件的强度进行折减来考虑其屈曲的影响,计算简便快捷。本文采用直接强度法来对构件进行分析计算,将其计算结果与有限元分析所得数值进行对比。经有限元分析所得数值结果,加劲的冷弯薄壁C型钢轴压构件的屈曲承载力和极限承载力要高于无加劲构件。在其他因素不变的情况下,加劲尺寸对构件屈曲承载力和极限承载力影响如下:(1)随着加劲高度的增大,构件的屈曲承载力越来越大,畸变屈曲现象也得到了有效的控制。(2)腹板单一V型加劲和U型加劲构件在加劲高度范围为H/2H/13时极限承载力最大。腹板翼缘共同V型加劲和U型加劲构件在加劲高度范围为H/4H/12时达到最大极限承载力。

关键词：冷弯薄壁C型钢轴压屈曲屈曲承载力极限承载力屈曲模态

冷弯薄壁C型钢-稻草板组合楼板抗弯性能研究

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冷弯薄壁C型钢-稻草板组合楼板抗弯性能研究

作者：赵梓霖东北林业大学

学位级别：硕士

近几年,绿色建筑在世界范围内得到广泛提倡和认可,并逐步应用开来。国内目前研究并投入使用的轻型建材包括轻质混凝土、定向刨花板、竹胶板、石膏基自流平砂浆等。随着人们对生活环境保护认知的提升,一种源于农作物的新型绿色建材—稻... 详细信息

近几年,绿色建筑在世界范围内得到广泛提倡和认可,并逐步应用开来。国内目前研究并投入使用的轻型建材包括轻质混凝土、定向刨花板、竹胶板、石膏基自流平砂浆等。随着人们对生活环境保护认知的提升,一种源于农作物的新型绿色建材—稻草板应运而生。纸面稻草板具有强度高、良好的耐火性、耐冲击性、并且具有优良的保温隔热性及经济环保性等特点。轻质组合构件中的覆面板采用纸面稻草板为研究对象能够充分发挥两部分材料的优势,不仅可以利用农业秸秆资源,减少环境污染,并顺应了新型城镇化理念。提出了一种将纸面稻草板和冷弯薄壁型钢用自攻螺钉连接组成的新型组合楼板。对3块组合楼板进行抗弯试验研究,研究了不同钢梁截面尺寸、间距和螺钉数量对组合楼板抗弯性能的影响。通过观察组合楼板的应变、挠度的变化趋势及整体破坏过程,研究组合楼板的破坏模式;探讨组合楼板的组合性能及承载力性能。结果表明:组合楼板最终破坏模式是由于纸面稻草板的充分约束而形成的冷弯薄壁型钢梁的局部屈曲;减小螺钉间距对组合楼板的抗弯承载力有影响。采用有限元软件ANSYS对组合楼板在两边支撑、梁端简支条件下抗弯性能进行数值分析,钢材和稻草板的本构关系采用线弹性模型,钢材和稻草板使用壳单元模拟,采用弹簧单元来模拟覆板与骨架之间的连接作用。有限元结果和试验结果基本吻合,证明了有限元方法是合理可行的,并利用合理的有限元模型进行后续的参数分析。将试验组合楼板与其相应的有限元模型竖向挠度值进行对比,分析型钢梁间距、楼板跨度及型钢厚度等因素对组合楼板抗弯性能的影响。结果表明:通过减小钢梁间距、楼板跨度,增大楼板宽度和型钢厚度等方式能够提高楼板的抗弯承载力性能,降低楼板的挠度变形。按照整体弹性构件和假定条件对组合楼板进行了理论计算,提出楼板的挠度公式和正截面抗弯承载力计算公式。在正常使用阶段,用公式来计算组合楼板的跨中挠度与试验值误差在合理范围内;组合楼板破坏时,钢梁屈服,纸面稻草板和钢梁的应变值变化基本一致,组合楼板的正截面抗弯承载力试验值和理论值吻合较好。本文提出的组合楼板的挠度和抗弯承载力计算公式是可行的。并且通过对比其他形式的轻型组合楼板,得出冷弯薄壁C型钢-纸面稻草板组合楼板变形能力、承载力等性能较好,能够满足轻型楼板的设计要求。

关键词：组合楼板冷弯薄壁C型钢纸面稻草板抗弯试验有限元分析