不锈钢芯板结构L形受压柱力学性能分析

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不锈钢芯板结构L形柱是一种将不锈钢芯板焊接而成的预制不锈钢构件。其充分利用了夹层结构强度高、隔声隔热性能优良、自重轻等优点,又兼具了不锈钢耐腐蚀性强、可加工性强、环境适应形强等特性,是一种新型异形柱结构形式,已经逐步在我国装配式钢结构领域推广使用。本文主要针对不锈钢芯板结构L形柱受压性能进行试验研究和有限元分析,主要工作和结论如下:(1)开展了不锈钢芯板结构L形柱的轴压试验。通过对2组(面板厚度分别为1.5mm和2.5mm)每组各三个重复试件的试验结果分析,结果表明:试验试件的破坏形态均为面板局部屈曲破坏,破坏时柱肢之间的焊缝并没有发生破坏,即焊缝强度能够保证焊缝不先于试件发生破坏;由于芯管的存在,不锈钢芯管和面板二者相互作用,改善了结构的力学性能,有效延缓了钢板局部屈曲的发生。(2)利用ABAQUS有限元软件建立与试验相应的有限元分析模型,将分析结果和试验结果进行对比,验证了有限元模型的合理性和正确性,确保此有限元建模以及分析方法能够用于不锈钢芯板结构L形柱的分析研究中。(3)对不同参数下不锈钢芯板结构L形柱局部屈曲破坏机理进行了研究。结果表明:不锈钢芯板结构L形柱局部屈曲破坏的破坏机理可以分为面板屈曲破坏,面板屈曲和芯管压坏,局部承压芯管破坏三种情况。(4)基于上述模型,针对不锈钢芯板结构L形轴心受压柱的力学性能,进行了有限元数值模拟,结果表明:给定面板厚度下,芯管厚度、芯管间距等对其压缩刚度基本没有影响;单一参数作用下,随着芯管厚度、面板厚度的增加,轴压承载力不断提高;随着芯管间距、长细比的增大,结构承载力不断减小;结构不发生局部屈曲的临界宽厚比限值约为80,略高于规范值。(5)基于上述模型,针对不锈钢芯板结构L形偏心受压柱的力学性能,进行了有限元数值模拟,结果表明:随着偏心距的增加,不锈钢芯板结构L形柱由全截面受压出现了受拉区域,结构极限承载力降低;在给定偏心距下,加载角度对结构偏压性能的影响是不同的,不同加载角度下对应的极限承载力最大相差约40%;单一参数作用下,芯管间距对最不利加载角度有明显的影响,芯管厚度、面板厚度对最不利加载角度没有影响。
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