冷弯薄壁C形钢檩条加固承载力试验研究

摘要

冷弯薄壁型钢作为一种新型的高效型材，因其材料轻质高强，加工设备简单便捷，被广泛应用于工业、农业及民用建筑中。冷弯薄壁C型钢檩条常作为围护结构应用于钢结构工业厂房中，起到减小屋面跨度且方便屋面板铺设的作用。由于土地资源有限，近几年数家能源公司在全国多个地方，采用在轻钢结构工业厂房房顶增设光伏设备用以发电，光伏设备造成原厂房超载，需要对C型钢檩条和原钢框架进行加固，本文以河南省焦作市中轴集团东风工业园厂房顶增设光伏设备为例，研究探讨对C型钢檩条的加固方法。 针对冷弯薄壁C型钢檩条的屈曲模式，本文提出了两种加固方案，采用试验和有限元模拟两种方法进行研究。具体研究内容如下： （1）在冷弯薄壁C型钢檩条的开口侧增设连接缀板。考虑缀板宽度和缀板间距两个变量进行研究，首先采用试验方法，分析檩条最不利截面处的荷载-位移曲线及荷载-应变曲线。讨论不同加固方式下檩条的极限承载力提高程度。其次，考虑材料非线性、几何非线性等因素，选取合理本构关系，建立有效的加固后的C型钢檩条有限元模型，分析不同加固方式的加固效果。将试验研究与有限元模拟计算结果进行对比分析。 分析结果表明：增设连接缀板加固C型钢檩条卓有成效。加固后的檩条抗弯刚度与极限承载力均有明显提高，且加固效果随着连接缀板的宽度的增大和缀板间布置间距的减小而提高。 （2）利用C型薄壁钢板将两根简支的冷弯薄壁C型钢檩条连接成为连续檩条。分别使用自攻螺钉和粘结剂进行连接，首先进行试验研究，对试验结果进行分析，分析檩条最不利截面处的荷载-位移曲线，讨论不同连接方式下加固后檩条的极限承载力提高程度。其次，建立有限元计算模型，分析不同连接方式下加固后檩条的加固效果。将试验研究与有限元模拟计算结果进行对比分析，讨论加固的有效性。 分析结果表明：当使用粘结剂对檩条及C型薄壁钢板进行连接时，加固后的连续檩条整体抗弯刚度提升较大，极限承载力表现也较为良好；仅用自攻螺钉对檩条及C型薄壁钢板进行连接时，自攻螺钉的位置对连续檩条的加固效果影响较大。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.1.1 冷弯薄壁型钢的概念、特点及应用状况

1.1.2 冷弯薄壁檩条的常见屈曲类型

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 课题的来源、研究目的及意义

1.4 本文主要内容

2 冷弯薄壁C型钢檩条受弯屈曲的相关理论

2.1 冷弯薄壁型钢构件设计方法及相关规范

2.2.1 有效截面法

2.2.2 直接强度法

2.2 用我国规范GB50018-2002计算试件理论承载力

3 冷弯薄壁C型钢檩条开口侧增设连接缀板加固

3.1 概述

3.2 试验

3.2.1 试件设计

3.2.2 材性试验

3.2.3 加载体系及测点布置

3.2.4 试验过程及试件破坏形态

3.2.5 试验结果及分析

3.3 ABAQUS有限元分析

3.3.1 模型的建立

3.3.2 有限元模型验证

3.3.3 有限元分析结果

3.3.4 试验与有限元结果对比分析

3.4 设计建议

3.5 本章小结

4 利用C型薄壁钢板加固

4.1 概述

4.2 试验

4.2.1 试件设计

4.2.2 粘结剂的选择

4.2.3 加载体系及测点布置

4.2.4 试验过程及试件破坏形态

4.2.5 试验结果及分析

4.3 ABAQUS有限元分析

4.3.1 模型的建立

4.3.2 有限元模型验证

4.3.3 有限元分析结果

4.3.4 试验与有限元结果对比分析

4.4 设计建议

4.5 本章小结

5 结论和展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

个人简历及在校期间发表论文

致谢