单肢火曲等边双角钢轴心受压构件的试验研究与理论分析

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单肢火曲等边双角钢构件是一种新型的双角钢连接构件,该构件由平直等边角钢和火曲等边角钢组合而成。单肢火曲等边双角钢构件通过将其中一根等边角钢的一肢火曲制弯减少双肢之间的距离,从而减小中间填板的厚度,达到既能减少用钢量又不显著影响其承载性能的目标。本文采用试验研究、有限元数值模拟及理论分析相结合的方法,对单肢火曲等边双角钢构件的轴压承载性能进行了研究。主要研究内容如下:(1)对5组单肢火曲等边双角钢试件和2组普通双角钢试件进行了轴心受压试验,研究了单肢火曲等边双角钢试件和普通双角钢试件破坏形态和承载性能的差异。结果表明:每组三个试件的受力机理和破坏特征较为一致(除个别试件由于初始缺陷的影响导致其破坏形态有差异外),普通双角钢试件发生绕非对称轴的弯曲变形,单肢火曲等边双角钢试件主要发生绕对称轴的弯曲变形,绕非对称轴有轻微弯曲。所有试件跨中均屈服,除长细比为60和80的单肢火曲等边双角钢试件的火曲段进入屈服,其余均保持弹性。两种角钢形式试件的承载力均随长细比的增大而减小。将普通角钢单肢火曲后,对长细比为60的试件,双角钢构件承载力下降10.35%;而对长细比为140的试件,单肢火曲对承载力的影响稍小,承载力降低8.08%。(2)采用有限元软件ABAQUS对试验试件进行精细化数值模拟,有限元结果与试验结果吻合较好,验证了有限元分析的可靠性。利用有限元软件分析了初弯曲、角钢屈服强度、填板厚度、火曲制弯距离和火曲段长度等对单肢火曲等边双角钢构件轴压承载性能的影响规律。结果表明:构件初弯曲越大,承载力越低;随着角钢屈服强度的提高,构件的承载力逐渐增大;填板厚度的增加提高了构件的承载力;火曲段长度与火曲制弯距离均显著影响构件的刚度,构件承载力随它(3)将普通双角钢试件承载力的试验值与现有规范《钢结构设计标准》(GB50017-2017)、《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T5154-2012)和《美国输电铁塔设计导则》(ASCE10-1997)计算的承载力进行对比,结果表明,《钢结构设计标准》(GB50017-2017)的理论值与试验值最接近。因此,基于《钢结构设计标准》(GB50017-2017)中普通双角钢构件轴压承载力的计算公式,并结合试验和参数分析结果,给出了单肢火曲等边双角钢构件轴压承载力的折减系数。
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