北美规范与中国规范关于冷弯薄壁型钢C形截面受弯构件设计的比较

对比了北美规范CSA S136-07和中国规范GB 50018-2002关于冷弯薄壁型钢C形截面受弯构件的名义抗弯强度。首先介绍了2本规范计算名义抗弯强度的方法,然后分析了控制构件名义抗弯强度的2个主要参数,即弯扭屈曲应力和有效截面模量,并对2本规范进行了深入对比,最后对典型的6 m跨长的C形托梁构件进行了名义抗弯强度比较。研究结果表明：依据GB 50018-2002计算的弯扭屈曲应力不小于依据CSA S136-07规范计算的结果,而根据GB 50018-2002计算的翼缘有效宽度则远远小于根据CSA S136-07规范计算的结果;2本规范名义抗弯强度的不同主要由C形截面翼缘尺寸和构件所受荷载类型控制;当翼缘尺寸较小,名义抗弯强度主要由弯扭屈曲而非局部屈曲控制时,如果构件用于均布荷载,则GB 50018-2002的计算结果大于 CSA S136-07规范的结果,但是当构件用于抵抗均布弯矩时,则没有区别;当翼缘尺寸较大,名义抗弯强度主要由局部屈曲而非弯扭屈曲控制时,在2种工况下GB 50018-2002的计算结果均小于CSA S136-07规范的计算结果。     

高强冷弯薄壁型钢帽形截面简支檩条局部屈曲性能研究

对截面形式为TS40和TS61的19根550MPa高强冷弯薄壁型钢帽形截面简支檩条进行受弯试验分析其局部屈曲性能,并采用有限条程序CUFSM对这两种简支檩条局部屈曲应力进行计算分析,计算结果与试验值吻合较好。采用有限条程序对帽形截面受弯构件的翼缘宽厚比、腹板翼缘宽度比、卷边翼缘宽度比、腹板翼缘夹角等参数进行计算分析,结果表明腹板翼缘宽度比是影响帽形截面简支檩条受压翼缘局部屈曲稳定系数的重要因素。利用考虑板组相关的我国现行规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）和英国冷成型薄壁构件设计标准（BS5950-5：1998）对帽形截面简支檩条受压翼缘局部屈曲稳定系数进行计算分析表明：我国规范在腹板翼缘宽度比小于1.5时偏于不安全,大于1.5时偏于保守,而英国规范相对比较安全。在参数分析的基础上,提出了考虑板组相关的帽形截面简支檩条受压翼缘弹性局部屈曲稳定系数计算公式,建议公式可供工程设计和修订规范参考。     

腹板开孔冷弯薄壁钢轴压构件畸变屈曲承载力试验研究

对26根屈服强度235MPa腹板开圆孔冷弯薄壁型卷边槽钢截面轴压构件进行畸变屈曲承载力试验研究,分析了构件屈曲模式和极限承载力,采用国家规范GB50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》计算构件承载力、非线性有限元数值模拟结果与试验结果进行分析比较。在此基础上,对腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件的承载力合理计算模式进行研究。结果表明,对于中等长度腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件主要出现畸变屈曲模式;腹板开孔在对构件畸变屈曲稳定承载力有一定的降低作用,采用折减构件有效截面面积的方法可计算开孔构件的畸变屈曲稳定承载力。     

冷弯薄壁型钢受弯构件特有的失稳模式

冷弯型钢是一种截面形状合理、力学性能良好、钢材利用率高的环保型建材。本文详细阐述了冷弯薄壁构件特有的失稳模式：畸变屈曲和腹板压跛，并对比了北美规范NAS2004和中国规范（GB50018-2002）对常用c型檩条的畸变屈曲承载力和腹板压跛承载力的计算结果。结果表明，按中国规范计算的畸变屈曲承载力是安全的，腹板压跛的计算规定不够合理。     

冷弯薄壁型钢受弯构件特有的失稳模式

冷弯型钢是一种截面形状合理、力学性能良好、钢材利用率高的环保型建材。本文详细阐述了冷弯薄壁构件特有的失稳模式:畸变屈曲和腹板压跛,并对比了北美规范NAS 2004和中国规范(GB50018-2002)对常用C型檩条的畸变屈曲承载力和腹板压跛承载力的计算结果。结果表明,按中国规范计算的畸变屈曲承载力是安全的,腹板压跛的计算规定不够合理。     

冷弯薄壁C形钢柱翼缘转动约束刚度简化计算

畸变屈曲是冷弯薄壁型钢构件的主要破坏模式之一,按翼缘模型计算其弹性畸变屈曲应力时需要确定腹板对翼缘的转动约束刚度.现有转动约束刚度计算公式较复杂,求解过程需要进行一次迭代.为了简化计算过程,提出了冷弯薄壁C形钢柱翼缘转动约束刚度简化计算方法.该方法在Lau和Hancock公式的基础上,结合我国《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018 2002）中关于腹板和翼缘局部屈曲系数的规定而导出的,并根据Lau和Hancock公式计算结果对其进行了修正.与有限条分析值对比表明：该方法可以准确、方便地计算转动约束刚度,能够应用于冷弯薄壁型钢C形截面柱的设计计算.     

冷弯薄壁C型钢绕强轴偏心受压构件的极限承载力

冷弯薄壁型钢结构多采用有效截面法对构件承载力进行计算,该方法计算繁杂且未考虑构件的畸变屈曲性能。直接强度法采用全截面计算各类参数,能够考虑各种单独屈曲模式及其相关屈曲对构件稳定性能的影响,但目前该方法并不能应用于压弯构件。对冷弯薄壁C形钢绕强轴偏压构件的稳定性能进行参数分析,探讨了构件长度、偏心距、腹板高厚比、翼缘宽厚比和卷边高厚比等因素对构件承载力的影响规律。结合有限元分析结果,基于轴压构件和纯弯构件的直接强度法公式,提出了冷弯薄壁型钢绕强轴偏压构件的极限承载力计算方法。     

高强钢焊接薄腹矩形管截面压弯构件平面内的极限承载力

本文采用ANSYS有限元软件建立模型分析了高强钢(名义屈服强度为460 MPa)腹板高厚比超限的焊接矩形管截面偏压构件的极限承载力,以及构件长细比、腹板高厚比、翼缘宽厚比和相对偏心率对极限承载力的影响,提出腹板高厚比超限高强钢压弯构件平面内极限承载力计算公式.研究表明:考虑初弯曲和残余应力影响的双重非线性有限元模型能够很好地模拟高强钢焊接箱形截面偏心受压构件的局部-整体相关屈曲;高强钢薄腹矩形管截面压弯构件平面内无量纲化极限承载力Pu/(Afy)与构件长细比、腹板高厚比和翼缘宽厚比近似为线性关系;高强钢薄腹矩形管截面偏压构件的轴力和弯矩相关曲线近似为直线;按边缘纤维屈服准则推导的公式经过修正之后可用于计算高强钢压弯构件局部-整体相关屈曲的极限承载力.     

部分T型钢轴压杆件的腹板宽厚比限值研究

通过对部分T型钢局部屈曲相关性的分析,指出了规范中其腹板宽厚比限值过于保守,考虑了翼缘对腹板提供约束,在对规范GBJ17－88中的部分T型钢截面的计算结果上,提出了腹板宽厚比限值的计算公式,用于剖分T型钢轴心压杆设计。     

C形冷弯薄壁型钢切割短柱轴压试验

把辊轧成型的C形冷弯薄壁型钢构件切割成若干短柱，在短柱中将产生不同程度的歪曲变形，进而引起附加的初始几何缺陷。对10个切割而成的C形冷弯薄壁型钢短柱进行了轴压试验，并根据GB50018—2002计算了短枉的轴压承载力。结果表明：切割短柱在轴压力作用下，两翼缘为内收的歪曲破坏，腹板为局部屈曲破坏模式，短柱极限承载力仅为规范计算值的83％～89％。     

高强Q690钢柱高温下轴心受压局部稳定设计方法

局部屈曲是钢结构构件的一种破坏模式,钢结构发生局部屈曲破坏时,屈曲应力小于钢材的屈服强度。为了研究高温下高强Q690钢柱的局部稳定性能,采用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,模型采用其他学者完成的Q460钢柱轴心受压局部屈曲试验进行验证,考虑宽厚比、温度、初始缺陷、残余应力和翼缘与腹板之间相互作用的影响,对高强Q690钢柱进行参数分析。研究结果表明：宽厚比对局部屈曲有显著影响,宽厚比的增大导致试件极限承载力的降低;初始缺陷和残余应力对局部屈曲应力有较大影响,且试件的极限承载力随着温度的升高而明显下降。基于有限元分析结果提出了适用于高强Q690钢柱高温下的局部稳定设计方法和宽厚比限值,并与GB 50017-2017、Eurocode 3和ANSI/AISC 360-10中的设计方法进行了比较。     

冷弯薄壁型钢拼合箱形截面立柱轴压性能试验研究

对17根冷弯薄壁型钢拼合箱形截面立柱的轴压性能进行试验研究,截面分为A、B两类,得到了各试件荷载-位移曲线和破坏特征,并将试验结果与《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB 50018-2002）＂有效宽厚比法＂和美国相关规范中＂直接强度法＂、＂有效截面法＂计算结果进行对比分析。结果表明：LC和MC系列立柱的破坏模式为整体弯曲屈曲,SC系列立柱则为局部屈曲和端部承压破坏;B类试件的最大承载力大于A类截面试件的最大承载力的2倍,即有＂1＋1〉2＂的拼合效应;对于A类截面LC系列立柱,GB 50018和AISI规范公式计算结果过于保守,而对于MC和SC系列试件,公式计算结果与试验结果比较吻合;对于B类截面LC和MC系列试件,公式计算结果偏于不安全,而SC系列试件,公式计算最大承载力偏于安全。     

冷弯薄壁型钢单颗自攻螺钉抗剪连接性能研究

为研究中国规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）计算壁厚2mm以下钢板自攻螺钉连接抗剪承载力的适用性和钢板-非钢板单颗自攻螺钉连接抗剪承载力设计方法,对钢板-钢板、钢板-石膏板以及钢板一定向刨花板（OSB板）连接件共计34个试件进行了试验研究,分析了板材类型、螺钉端距等因素对连接件抗剪承载力的影响,并将中国规范、英国规范和北美AISIS100—12规范计算结果与试验结果进行对比分析,最后提出钢板-非钢板单颗自攻螺钉连接抗剪承栽力设计方法。研究结果表明：钢板-OSB板、钢板-石膏板连接件破坏模式为OSB板与石膏板发生承压破坏,且具有明显的方向性;随螺钉端距的增大,试件抗剪承栽力有所提高;中国规范GB50018-2002适用于壁厚2mm以下冷弯薄壁型钢板自攻螺钉连接抗剪承载力的设计计算,且偏于安全。     

组合框架梁负弯矩区有效翼缘宽度分析

采用有限元分析方法,考虑了宽跨比、板厚和抗剪连接程度等因素的影响,对静载作用下的组合框架梁负弯矩区的有效翼缘宽度进行了分析,并与我国规范GB50017-2003、欧洲规范EC4和英国规范BS5950计算结果进行比较.结果表明,按我国规范GB50017-2003方法计算组合框架梁负弯矩区有效宽度不够准确,尤其对负弯矩区弹性阶段的有效宽度取值偏高.而按欧洲规范EC4和英国规范BS5950的计算方法取值则偏于保守.     

采用GB50018-2002计算壁厚小于2mm的受弯构件承载力的适用性分析

对各国已有的壁厚小于2mm的冷弯薄壁型钢梁受弯性能试验中的86根槽形、40根Z形、6根帽形和6根工字形冷弯薄壁型钢梁的试验资料进行总结。采用中国《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018--2002）第5．3节中受弯构件的相关规定计算各构件的极限弯矩,将计算结果与试验结果进行比较。结果表明：按中国规范GB50018—2002规定计算壁厚小于2mm的冷弯薄壁型钢受弯构件承载力是可行的,试验值均大于规范理论计算值,规范理论计算值偏于安全。     

计算矩形截面框架柱双向受剪承载力比较

通过12根加载角度不同的矩形截面框架柱在斜向水平荷载作用下试验,研究其双向受剪承载力相关关系和利用新旧《混凝土结构设计规范》（征求意见稿GB50010-200x和GB50010-2002）,计算矩形截面框架柱双向受剪承载力的差异。结果表明,矩形截面钢筋混凝土框架柱双向受剪承载力符合椭圆相关性,利用GB50010-200x和GB50010-2002标准均可安全计算其双向受剪承载力,GB50010-2002标准的安全性略高于GB50010-200x标准,而且随着加载角度增加,新旧标准计算矩形截面框架柱双向受剪承载力的差异性有增大趋势,加载角度为45°时达到极大值,而后又随着加载角度的增大而降低。     

钢结构薄柔截面构件稳定承载力研究综述

我国《钢结构设计规范》中对含有薄柔截面的构件的稳定承载力如何确定缺少必要的规定。为了解决这个问题,从经典的理论研究入手,综述了国内外其他规范对此类构件的设计规定。重点分析了有效宽度法、直接强度法和有效截面法的计算原理,并比较了各自的优缺点。对钢构件薄柔截面板件局部屈曲和整体屈曲的相关性、冷弯薄壁型钢的畸变屈曲、地震下钢构件局部屈曲和塑性铰合理控制、钢结构设计规范修订等问题提出了深入研究的建议。