• ISSN 0258-2724
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双肢冷弯C型钢蒙古包刚架的平面内稳定性

陈明 鲁卫波 武志远 李补拴

陈明, 鲁卫波, 武志远, 李补拴. 双肢冷弯C型钢蒙古包刚架的平面内稳定性[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(1): 215-222. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210567
引用本文: 陈明, 鲁卫波, 武志远, 李补拴. 双肢冷弯C型钢蒙古包刚架的平面内稳定性[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(1): 215-222. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210567
CHEN Ming, LU Weibo, WU Zhiyuan, LI Bushuan. Investigation on In-Plane Stability of Double-Limb Cold-Formed C-Shaped Steel Rigid Frame of Yurt[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(1): 215-222. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210567
Citation: CHEN Ming, LU Weibo, WU Zhiyuan, LI Bushuan. Investigation on In-Plane Stability of Double-Limb Cold-Formed C-Shaped Steel Rigid Frame of Yurt[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(1): 215-222. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210567

双肢冷弯C型钢蒙古包刚架的平面内稳定性

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210567
基金项目: 国家自然科学基金(51768055,52168024);内蒙古自治区自然科学基金(2021MS05061)
详细信息
    作者简介:

    陈明(1978—),男,教授,博士,研究方向为钢结构和空间结构的设计与理论,E-mail:cmlx-1978@163.com

  • 中图分类号: TU391

Investigation on In-Plane Stability of Double-Limb Cold-Formed C-Shaped Steel Rigid Frame of Yurt

  • 摘要:

    为了解决新型双肢冷弯C型钢蒙古包结构在冰雪等竖向荷载工况下可能出现的失稳问题,对带陶脑的双肢冷弯C型钢门式刚架平面内的稳定性展开研究,通过改变斜梁坡度、刚架高跨比、陶脑直径3种参数下的刚架试验与数值模拟,对该类门式刚架的破坏形态和承载力等方面进行了分析和探讨. 研究结果表明:斜梁坡度和陶脑直径的增加会使刚架承载力增加,刚架高跨比的增加会使刚架承载力降低;综合考虑斜梁坡度对刚架稳定承载力和柱顶侧移的影响,建议刚架的斜梁坡度设计为20° 以内,此时《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》对柱计算长度系数的计算偏于安全,满足工程设计要求.

     

  • 图 1  试件CJ-BASE设计及尺寸

    Figure 1.  Design and dimensions of specimen CJ-BASE

    图 2  材性试件的应力-应变曲线

    Figure 2.  Stress-strain curves of specimen materials

    图 3  试件CJ-BASE有限元模型

    Figure 3.  Finite element model of specimen CJ-BASE

    图 4  模型及加载装置

    Figure 4.  The model and loading device

    图 5  各试件破坏形态对比

    Figure 5.  Comparison of failure modes of specimens

    图 6  各试件荷载-位移曲线对比

    Figure 6.  Comparison of load-displacement curves of specimens

    图 7  HSR系列模型荷载-位移曲线

    Figure 7.  Load-displacement curves of HSR series models

    图 8  RS系列模型荷载-位移曲线

    Figure 8.  Load-displacement curves of RS series models

    图 9  TN系列模型荷载-位移曲线

    Figure 9.  Load-displacement curves of TN series models

    图 10  部分模型破坏形态

    Figure 10.  Failure modes of partial models

    表  1  刚架试件设计参数

    Table  1.   Design parameters of rigid frames

    试件编号斜梁坡度/(°)檐口高度/mm刚架高跨比
    CJ-BASE 10 1400 7/15
    CJ-1 15 1400 7/15
    CJ-2 20 1400 7/15
    CJ-3 10 1200 6/15
    CJ-4 10 1600 8/15
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    表  2  钢材的材料性能参数

    Table  2.   Material behavior of steel

    材料屈服
    强度/MPa
    极限
    强度/MPa
    弹性
    模量/GPa
    泊松比
    C 型钢263.20369.122.010.30
    节点板276.50406.711.970.31
    高强螺栓645.00860.002.060.30
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    表  3  刚架试件柱顶最大侧移值

    Table  3.   Maximum lateral displacement of column top of rigid frames

    试件编号斜梁
    坡度
    /(°)
    柱高
    /mm
    柱顶最大侧移值
    /mm
    柱顶侧移规范值
    /mm
    稳定
    承载力
    /kN
    CJ-BASE 10 1400 2.49 7.78 82.007
    CJ-1 15 1400 7.45 7.78 86.269
    CJ-2 20 1400 16.99 7.78 91.180
    CJ-3 10 1200 1.99 6.67 87.328
    CJ-4 10 1600 2.23 8.89 79.900
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    表  4  不同斜梁坡度下模型有限元分析结果

    Table  4.   Finite element analysis results of models with different inclined beam slopes

    模型编号斜梁
    坡度/(°)
    刚架
    高跨比
    陶脑
    直径/mm
    稳定承
    载力/kN
    PF-BASE 10 14/30 1200 302.501
    PF-HSR-15 15 14/30 1200 331.757
    PF-HSR-20 20 14/30 1200 361.367
    PF-HSR-25 25 14/30 1200 394.585
    PF-HSR-30 30 14/30 1200 427.534
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    表  5  不同高跨比下模型有限元分析结果

    Table  5.   Finite element analysis results of models with different height-span ratios

    模型编号斜梁
    坡度/(°)
    刚架
    高跨比
    陶脑
    直径/mm
    稳定承
    载力/kN
    PF-BASE1014/301200302.501
    PF-RS-121012/301200367.056
    PF-RS-131013/301200331.529
    PF-RS-151015/301200282.127
    PF-RS-161016/301200259.111
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    表  6  不同陶脑直径下模型有限元分析结果

    Table  6.   Finite element analysis results of models with different toono diameters

    模型编号斜梁
    坡度/(°)
    刚架
    高跨比
    陶脑
    直径/mm
    稳定承
    载力/kN
    CJ-BASE 10 14/30 1200 302.501
    PF-TN-14 10 14/30 1400 311.668
    PF-TN-16 10 14/30 1600 323.075
    PF-TN-18 10 14/30 1800 331.990
    PF-TN-20 10 14/30 2000 338.939
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    表  7  柱计算长度系数模拟值与规范值对比

    Table  7.   Comparison between simulated values and standard values of column calculated length coefficient

    模型编号模拟值规范值差值/%
    PF-BASE 2.940 2.940 0
    PF-HSR-15 2.789 2.957 6.67
    PF-HSR-20 2.689 2.973 10.56
    PF-HSR-25 2.596 2.995 15.37
    PF-HSR-30 2.457 3.047 24.01
    PF-RS-12 3.040 3.063 0.70
    PF-RS-13 2.922 2.984 2.12
    PF-RS-15 2.823 2.896 2.59
    PF-RS-16 2.762 2.852 3.26
    PF-TN-14 2.896 2.928 1.10
    PF-TN-16 2.827 2.916 3.14
    PF-TN-18 2.789 2.903 4.09
    PF-TN-20 2.761 2.890 4.67
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-20
  • 修回日期:  2021-10-25
  • 网络出版日期:  2021-12-09
  • 刊出日期:  2021-10-29

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