内填木方薄壁矩形钢管组合梁抗弯承载性能研究

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1、西南科技大学工程硕士专业学位论文内填木方薄壁矩形钢管组合梁抗弯承载性能研究作者姓名吴先哲所在学院土木工程与建筑学院专业/领域建筑与土木工程学校导师张兆强副教授校外导师孟贵林高工论文完成日期2018年4月10日ClassifiedIndex:TU398U.D.C:624SouthwestUniversityofScienceandTechnologyMasterDegreeThesisStudyonFlexuralCapacityofThin-walledFlitchFilledRectangularSteelTubeCompositebeamsCandidate:WuXianzheDe

2、partment:CivilEngineeringandArchitectureSpeciality:ArchitectureandCivilEngineeringSchoolSupervisor:ZhangZhaoqiang(Professor)OutsideSupervisor:MengGuilin(SeniorEngineer)Apr,2018西南科技大学硕士研究生学位论文第I页摘要随着住宅产业化的推进，冷弯薄壁型钢结构在我国的应用逐渐增多。但冷弯薄壁型钢构件由于壁厚较薄，构件中板件宽厚比较大，在受力过程中，尤其是受压过程中，极易发生失稳破坏，使得钢材强度不能得到充分发挥。论文以

3、冷弯薄壁型钢结构中的梁为研究对象，针对提高其抗弯承载能力的措施进行了研究，并提出了一种新型的内填木方薄壁矩形钢管组合梁。为了探究该组合梁的抗弯性能，对矩形截面冷弯薄壁型钢梁、樟子松木梁以及组合梁进行了抗弯性能试验，并利用有限元软件ANSYS进行了数值模拟。通过对比三者的抗弯承载力、抗弯刚度等指标，分析了组合梁的组合效应；探讨了钢管翼缘宽厚比以及截面高宽比等参数对组合梁抗弯性能的影响；并提出了该组合梁极限抗弯承载力的计算公式。论文的主要研究内容及结论如下：（1）通过对钢梁、樟子松木梁及组合梁的抗弯性能试验，观察记录了三者的破坏过程及破坏现象，并通过荷载-位移曲线及初始抗弯刚度等试验结果的

4、对比，发现钢管与所选樟子松木方之间可协同工作，组合梁具有良好的组合效应；同时，相比于钢梁，组合梁在其达到极限荷载后仍具有较好的承载能力，表现出了良好的延性。（2）利用有限元软件ANSYS建立了组合梁有限元计算模型，将弹性阶段的计算结果与试验结果进行了对比，两者结果吻合良好，验证了模型的有效性；并在此基础上进行了组合梁参数分析，探讨了钢管翼缘宽厚比以及截面高宽比等参数对组合梁抗弯性能的影响。研究结果表明：随着钢管翼缘宽厚比的减小，组合梁的极限抗弯承载力及延性均逐渐提高；随着截面高宽比的增大，组合梁的极限抗弯承载力逐渐提高，但延性略有下降；建议该组合梁在实际工程应用中，以钢管翼缘宽厚比作为

5、其主要分析参数。（3）提出了组合梁抗弯承载力计算的基本假定，基于假定，对组合梁的荷载-变形进行了全过程分析，将计算所得的弯矩-曲率曲线与数值模拟结果进行了对比分析，验证了假定的可行性；并在所提出假定的基础上，推导了组合梁极限抗弯承载力的计算公式，公式计算结果与有限元计算结果相差较小，误差均控制在20%以内，所推导的组合梁极限抗弯承载力计算公式可为其在实际工程中的应用提供参考。关键词：冷弯薄壁型钢结构组合梁抗弯性能试验研究数值模拟宽厚比高宽比西南科技大学硕士研究生学位论文第II页AbstractWiththepromotionofthehousingindustrialization,t

6、hecold-formedthin-walledsteelstructuregraduallyincreasedinChinainrecentyears.Butthewall-thicknessofcold-formedthin-walledsteelisthinner,andhaslargewidth-thicknessratio.Soit’seasilytotrendtounstablefailureunderthecompressionstate,thenthestrengthofsteelcannotbefullyexploited.Takingthebeamincold-fo

7、rmedthin-walledsteelstructureastheresearchobject,thispaperstudiedthemeasurestoimproveitsflexuralcapacity,andputforwardthethin-walledflitchfilledrectangularsteeltubecompositebeam.Inordertostudytheflexuralperformanceofthiscomp