冷彎型鋼雙肢組合截面長柱軸壓性能分析

王 群

(西安歐亞學院建筑工程學院，陜西 西安 710065)

0 引言

冷彎薄壁型鋼結構作為一種新型結構體系，近年來在各國得到了廣泛應用，由C形和U形截面基本構件通過自攻自鉆螺釘連接形成各種截面形式的拼合立柱，作為主要承重構件被廣泛應用于冷彎薄壁型鋼結構住宅墻體邊角處、門窗洞口等需加強的部位[1，2]。本文利用ANSYS有限元程序對開口雙肢組合截面立柱長柱的軸壓性能進行了分析研究，得出了在軸向壓力作用之下，開口雙肢組合截面立柱長柱的破壞模式和極限承載力。

1 有限元模型的建立

1)構件的幾何模型。開口雙肢組合截面立柱由C形和U形冷彎薄壁型鋼基本構件通過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)材料的本構關系。本文有限元分析中的鋼材材性按照本文試驗取彈性模量E=2.23×105，泊松比 μ=0.3，屈服強度 fy=334.03 MPa。理論上臨界屈曲荷載與材料的屈服強度是無關的，材料應力—應變關系采用理想彈塑性模型即可，而在非線性屈曲分析時，材料的本構關系如圖2所示。

圖1 開口雙肢組合立柱截面

圖2 材料的應力—應變曲線

表1 截面編號及尺寸 mm

3)有限元模型。參考文獻[3]，采用有效應變單元Shell81模擬立柱和導梁，采用三維結構實體單元Solid45模擬ST4.8級自攻自鉆螺釘。參考文獻[4]～[7]，文中模型施加l/750的幾何初始缺陷，l為立柱長度，未考慮殘余應力和冷彎效應的影響。開口雙肢組合截面立柱的有限元實體模型如圖3所示。

圖3 構件實體模型

2 有限元參數分析

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屈曲破壞，試件在加載過程當中都出現了不同程度的局部屈曲與畸變屈曲現象，破壞特征如圖4所示。

圖4 破壞特征

2.2 極限承載力

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

圖5 荷載—軸向位移關系曲線

3 結語

1)開口雙肢組合截面立柱長柱破壞以彎曲屈曲為主，同時加載過程中伴隨有畸變屈曲和局部屈曲。2)開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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