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蜂窝式压弯构件极限承载力的有限元分析

发布于:2018-07-26 17:56
有限元分析

      蜂窝式钢构件是用宽翼缘工宇钢(H型钢)或普通工宇钢,在腹板上按一定的折线进行切割后变换位置重新焊接组合而形成的空腹构件。它是一种截面形式合理,抗弯刚度大,承载力高和经济效益显著的新型钢结构构件。适当地改变切割途径和组合方式还可以组合成适合特殊需要的空腹构件,因此蜂窝式钢构件在工程实际应用中具有很大的实用价值。目前我国在这方面所做的研究较少,更没有蜂窝式压弯构件的研究与设计,限制了蜂窝式钢构件的推广运用。通过对蜂窝式压弯构件进行有限元分析,得出了长细比、开孔率及偏心距对蜂窝式压弯构件平面内极限承载力的影响。
      选取分析对象为两端简支焊接H型钢,截面开孔率分别取为0(即实腹式),30%,50%,70%。构件发生失稳破坏,极限荷载位移图出现了凹凸不平的现象,这是因为压弯构件发生失稳破坏的同时已经濒临强度破坏所致,关系可简化为理想弹塑性曲线,并采用MISES屈服准则,材料为各项同性,弹性模量取2.06xE11MPa,泊松比取0.3,屈服强度取为235 MPa。有限元单元采用SHILL181壳单元。为了真实地反映蜂窝式压弯构件约束条件,在构件两端支座处施加Y-Z方向约束。平面外支撑采用限制压弯构件翼缘单元所有节点的平面位移来实现,即沿着构件翼缘长度施加二方向的约束。以构件长度的1/1000作为初弯曲施加于构件来考虑构件初始缺陷影响,加载采用在其两端分别作用大小相等的偏心力P。
      经有限元分析,相同长细比蜂窝式压弯构件随着开孔率的逐渐增大,极限承载力逐渐下降。且随着长细比的增加,极限承载力下降的趋势更为明显。蜂窝式压弯构件,腹板受到开孔的影响,削弱了构件的刚度。当构件进入弹塑性阶段时,塑性不会向内部发展。
      蜂窝式压弯构件在开孔率分别为30%,50%,70%时,其失稳极限荷载与实腹式压弯构件失稳极限荷载相比较。可看出在长细比较小时,构件受开孔率影响较小,随着长细比逐渐增大,开孔率对构件极限承载力影响越来越明显。开孔率相同时,随着长细比逐渐增加,蜂窝式压弯构件极限承载力逐渐下降,且随着开孔率的增大,极限承载力下降的趋势更为明显。
      构件发生失稳破坏极限荷载位移图出现了凹凸不平的现象,这是因为压弯构件发生失稳破坏的同时已经濒临强度破坏所致。


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