近年来，随着经济的发展和技术的进步，人们对于住宅的整体性能和建筑的环保要求越来越重视，在这一背景之下，冷弯薄壁型钢结构住宅以其结构自重轻、施工过程简单且周期短、布局灵活多变、室内外空间整体性好、抗震性能优越等优点，得到了很大的发展，并渐渐在住宅建筑新体系中占据了一席之地。在实际工程中，通常采用由多个单肢C形、U形基本构件通过自攻螺钉连接而成的拼合构件来作为该体系的承重结构，通过调节基本构件的数量和摆放位置可以拼合成不同的截面形式，以满足各种使用要求的需要。
      目前，国内外学者对于单个基本构件(C形截面、U形截面)的受力性能已有较为系统的研究成果，现行规范中对单肢基本构件也有明确的计算设计方法，而对于工程中广泛应用的拼合构件缺乏足够的试验和理论研究。基于上述原因，本课题组对11种典型截面形式冷弯薄壁型钢拼合截面立柱进行系列试验与理论研究，本文针对其中双肢闭合截面拼合立柱进行有限元分析，主要研究长细比和腹板高厚比对其轴压受力性能的影响。
      本文所研究的双肢闭合截面拼合立柱是由2个C形基本构件和2条75mm宽的钢带通过螺钉拼合而成，截面形式和单肢基本构件尺寸分别如图1，2所示。拼接螺钉采用ST4.8级平头自攻螺钉，螺钉纵向间距：沿构件纵向长度取为300mm，约为基本构件截面高度的2倍，所有构件两端100mm处加强连接;螺钉横向间距：构件连接时，两列螺钉分别位于两C形截面翼缘中间，间距为43mm。试件编号规则如图所示，拼合截面几何特性如表所示(以140-3000-1.5为例)。
      参照文献中试验，柱端边界条件设置为两端双向铰接，为了较为精确的模拟双向铰接边界，本文采用双向刀口铰支座进行模拟，具体设计如图所示。此外，为方便试件与双向刀口铰支座的连接，立柱上下端部各设置360mm×280mm×15mm端板。
      本文主要研究双肢闭合截面拼合立柱的轴压受力性能，在有限元分析中采用塑性壳单元Shell181来模拟C形基本构件和连接两个C形基本构件的钢带，采用Solid185单元模拟立柱端板和双刀铰支座。建模时，首先在ANSYS有限元分析软件中建立几何模型，并在几何模型的基础上进行有限元模型的建立。采用自下而上的方式建立几何模型，即先建立控制拼合立柱横截面的关键点，再由关键点生成线，由线生成面，由面生成体，从而建立拼合立柱的几何模型，结果如图所示。
      在设定材性时，参照文献中材性试验数据进行取值：对于C形基本构件和钢带，弹性模量E=2.12×105MPa，波松比μ=0.3，屈服强度fy=305.4MPa，抗拉强度fu=369.7Mpa；对于端板和双刀铰支座，则采用普钢Q235的材性，且为了更好地模拟试验，避免双刀铰支座和端板的变形对构件变形量产生影响，将其刚度放大，近似看成是刚性体。
      本文对于拼合立柱采用自由网格划分技术，用面来控制单元尺寸的大小；对于端板及双刀铰支座，由于其几何形状非常规则，采用映射网格划分和扫略网格划分技术。网格尺寸的大小对于有限元模型的计算精度会有较大影响，较细的网格会使计算结果更加精确，但是同时也会显著增加计算成本。最终在权衡各方面因素的基础上，决定对于立柱网格尺寸采用15mm，端板及刀铰网格尺寸采用20mm。

                                                                                专业从事机械产品设计│有限元分析│CAE分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！