轴心受压焊接H形钢短柱高温下局部稳定性能试验研究

为了研究Q235和Q460轴心受压焊接H形钢短柱高温下的局部稳定性能,采用恒温加载方式分别对6个Q235和6个Q460轴心受压焊接H形钢短柱试件进行常温和高温下的局部稳定性能试验,得到了常温和450、650℃下试件的翼缘和腹板局部稳定破坏形态,根据极限应变法和曲线拐点法确定试件在常温和高温下的临界荷载。采用我国现行《钢结构设计规范》和已有文献中关于局部稳定的计算方法计算试件的局部稳定临界应力,并和试验结果进行对比。研究表明：试件在高温下和常温下的破坏形态基本相同;与常温下局部屈曲承载力相比,高温下Q460高强钢试件的局部屈曲承载力较Q235普通钢试件下降幅度大;采用规范公式计算高温下焊接H形钢短柱翼缘和腹板的局部稳定临界应力与试验结果差别较大。     

腹板开孔冷弯薄壁槽钢梁屈曲性能试验及直接强度法研究

为了研究腹板开孔冷弯薄壁槽钢梁的屈曲性能和完善直接强度法,对开孔数量、卷边长度不同的冷弯薄壁槽钢梁进行了纯弯试验研究,其中长卷边和短卷边试件各8个,每种卷边的试件分别在腹板开设0、1、2、3个100 mm×40 mm的矩形孔洞。试验结果表明:腹板开孔使试件破坏模式从单一的畸变屈曲或局部屈曲变为以畸变屈曲为主的畸变-局部相关屈曲或以局部屈曲为主的局部-畸变相关屈曲;与未开孔钢梁相比,开孔钢梁的承载力有所降低,但开孔数量对钢梁承载力影响不大。采用ANSYS有限元程序对试验进行了模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,验证了有限元分析此类开孔构件的可行性。进而开展了有限元参数分析,验证了基于折减腹板厚度法利用有限条程序CUFSM求解腹板开孔冷弯薄壁槽钢梁弹性畸变屈曲临界应力的准确性,并对此类构件的弹性局部屈曲临界应力计算公式进行了修正。基于腹板开孔冷弯薄壁槽钢梁的试验结果、有限元分析结果以及弹性屈曲临界应力求解方法,得到了此类构件在以畸变屈曲为主和以局部屈曲为主破坏模式下的直接强度法修正公式。     

轴压圆柱薄壳的屈曲分析

通过对大量的试验数据进行数理统计分析,提出了计算轴心受压圆柱壳屈曲应力的经验公式,该式表明在其他因素相同的情况下,屈曲应力与壳体厚度t1.5成正比,而经典理论则认为屈曲应力与厚度t成正比.通过圆柱壳在自重作用下的屈曲试验和有限元分析,验证了该经验公式的正确性.非线性有限元全过程分析显示,圆柱壳在其荷载位移全过程曲线上存在一个近似水平的后屈曲承载力"平台"(Plateau),与之相应的是在壳壁上形成了一个局部"凹陷"(Dimple),而试验得到的平均屈曲应力约等于平台对应的后屈曲应力.由此发现,试验或经验公式所得到的实际上是圆柱壳的后屈曲应力,而并非其初始屈曲应力.承受局部轴向压力的圆柱壳,在压力作用点附近亦形成一个与后屈曲承载力平台对应的局部凹陷.同上述凹陷一样,这类凹陷需要一个近似常量的压力来维持其不稳定的后屈曲平衡.给出了该作用力的计算公式,且它与t2.5成正比,从而亦间接证明了后屈曲应力或经验公式确定的应力与t1.5成正比的关系.对以往试验现象作出了合理解释,提出的两个计算屈曲应力和局部屈曲荷载的公式具有理论意义和实用价值.     

《钢结构设计规范》(GB50017—2002)焊接工字梁腹板的局部稳定和考虑屈曲后强度的计算

与现行《钢结构设计规范》(GBJ17—88)相比,新修订的《钢结构设计规范》(GB50017—2002)对焊接工字梁腹板屈曲临界应力和局部稳定的计算作了较大的改动,增加了梁腹板考虑屈曲后强度设计的相关条文。对弯矩、剪力和局部压力单独作用下的腹板屈曲临界应力作了修正,考虑了板件的几何缺陷和材料非弹性性能,对于直接承受动力荷载的吊车梁及类似构件或不考虑腹板屈曲后强度的焊接工字梁,要求按规定配置加劲肋,并验算腹板的局部稳定性,计算局部稳定的相关公式随着临界应力的修正也作了相应的调整;建议承受静力荷载和间接承受动力荷载的焊接工字梁宜考虑腹板屈曲后强度,按考虑腹板屈曲后强度来计算梁的的抗剪和抗弯承载力,而不再验算腹板的局部稳定。本文详细介绍了规范条文修改的理论依据,比较了新旧设计方法的差异,并通过设计实例说明了新设计方法的优越性。     

腹板开矩形孔复杂卷边冷弯槽钢梁局部屈曲性能及直接强度法研究

为了研究腹板开孔复杂卷边冷弯槽钢梁的局部屈曲性能，以及探究北美冷弯型钢结构设计规范(AISI S100-2016)中腹板开孔冷弯槽钢梁局部屈曲直接强度法计算公式的可靠性，对孔高比(孔洞高度与腹板高度的比值)分别为0、0.2、0.4、0.6和0.8的10个腹板开矩形孔复杂卷边冷弯槽钢梁纯弯试件进行了静力试验研究。试验结果表明，开孔和不开孔试件均发生以局部屈曲为主的屈曲破坏模式，与不开孔试件相比，开孔试件的受弯承载力下降，且下降幅度随孔高比的增大而增大。利用ANSYS有限元程序对试验进行了模拟分析，分析结果与试验结果吻合良好；在此基础上，采用经试验验证的有限元模型，通过变换腹板高度、板厚和孔高比开展了有限元参数分析，并根据有限元参数分析结果对已有腹板开孔冷弯槽钢梁的弹性局部屈曲临界应力近似计算公式进行了修正。基于试验结果、有限元参数分析结果以及修正的弹性局部屈曲临界应力近似计算公式，对AISI S100-2016中开孔冷弯槽钢梁发生以局部屈曲为主破坏时的直接强度法计算公式进行了修正。     

基于损伤本构模型的钢梁局部屈曲临界状态分析

钢梁在累积塑性变形影响下,可能会发生局部屈曲现象,因此准确判断其发生位置和时点,对研究钢梁累积损伤破坏行为具有重要意义。以准确计算钢梁局部屈曲临界应力和临界应变为研究目标,针对钢梁在不同材料本构模型下的拟静力有限元分析结果,采用应变-挠度法确定局部屈曲临界状态时的应力、应变及位移等,通过与试验结果的对比,表明利用Chaboche非线性随动强化本构模型可以有效反映钢梁局部屈曲临界状态。指出上述方法可以用于研究同类问题时的试验测点布置。     

高层建筑跃层柱稳定分析与讨论

针对高层建筑跃层柱稳定分析中经常出现计算长度系数过小的问题，讨论了稳定分析中欧拉公式的应用范围，整理了常见柱子的临界长细比和高宽比，建议稳定分析前进行稳定与强度控制判断。针对屈曲分析方法的合理应用问题，总结了常用的整体屈曲分析方法与局部加载分析方法各自的特点及适用范围，并提出了基于局部加载分析结果的反推算法，最后结合案例进行分析和探讨。研究结果表明：跃层柱计算长度系数过小的问题很可能是由于模型设置、稳定临界荷载计算等方面原因；验证欧拉公式的适用范围本质上是验证跃层柱是稳定控制还是强度控制；由屈曲分析获得临界荷载并反算的计算长度系数有可能是虚假值，应同时验证其对应的临界应力。反推算法结合了整体屈曲分析方法和局部加载屈曲分析方法各自的优点，可提高整体屈曲分析中寻找屈曲模态的效率。     

钢箱梁受压翼缘局部稳定分析

阐明斜拉桥钢箱主梁加劲翼缘板受压时的工作表现 ,根据弹性稳定理论和弹塑性稳定理论 ,运用能量法则 ,提出其受压翼缘局部稳定分析模型 ,得到受压翼缘板临界应力计算值 ,并与试验结果比较。     

矩形钢管混凝土柱管壁局部屈曲性能研究

对矩形钢管混凝土柱钢管壁的局部屈曲性能进行了分析研究。用有限条法计算出了各种应力梯度作用下管壁的局部屈曲临界应力σcr和局部屈曲系数k0 ,并将得到的屈曲系数代入到有效宽度统一法则中 ,得到了保证管壁不发生局部屈曲时板件的宽厚比、高厚比的限值表达式。分析结果与《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS1 5 9:2 0 0 4)中限值的比较表明 ,规程的规定限值是可靠的     

高强度钢材工字形截面轴心受压短柱局部稳定试验研究

针对高强度钢材焊接工字形截面轴心受压短柱的局部稳定性能,对9个Q460C工字形截面短柱进行轴心受压试验,分析试件局部屈曲应力、极限应力随板件宽厚比的变化规律,研究翼缘、腹板嵌固系数的取值。此外,将屈曲应力、极限应力试验结果与我国、美国和欧洲钢结构设计规范的相应设计计算结果进行对比分析,研究相应规范对于高强度钢材的适用性。结果表明：翼缘的嵌固系数可取为定值1.0,腹板的嵌固系数不宜取为定值;GB 50017-2003《钢结构设计规范》中关于高强度钢材工字形截面短柱的局部屈曲应力的计算结果是不合理的;AISC 360-05规范的极限应力计算值误差较大,但偏于保守;Eurocode 3规范的极限应力计算值与试验值较为接近,但大部分计算结果较试验值偏大。为此,建议提出新的公式计算工字形截面短柱的局部屈曲应力,而对Eurocode 3规范关于工字形截面短柱的极限应力计算公式进行修正,使其能适用于Q460C高强度钢材。     

现行规范中双曲壳体冷却塔静风局部稳定公式来源

介绍了《工业循环水冷却设计规范》(GB/T50102—2003)和《火力发电厂水工设计规范》(DL/T5339—2006)中冷却塔静风局部稳定检算方法——屈曲临界应力状态的公式来源、试验背景以及参数取值原则等,便于设计研究人员正确理解和应用局部稳定检算公式。根据Mungan针对圆柱壳、双曲壳以及加劲双曲壳的一系列试验及与其他国家规范的比较,指出了现行规范中相关条款的缺陷,为规范条款的修订和完善提供了参考。     

超大型冷却塔稳定性分析

目前,没有一种计算方法可以妥善解决壳体结构的稳定计算问题。对冷却塔稳定性分析常用的几种方法及其理论进行了介绍,并以某超大型冷却塔为例,采用ANSYS软件,对其稳定性进行验算与分析,得到该超大型冷却塔稳定性分布规律,提出冷却塔壳体厚度取值的建议。     

激光焊接不锈钢工字形截面中长柱受力性能研究

为研究激光焊接奥氏体不锈钢工字形截面轴心受压中长柱的承载性能,对10根激光焊接不锈钢工字形薄柔截面中长柱进行轴心受压试验研究,结果表明,中长柱的破坏模式均为板件局部屈曲与构件整体弯曲屈曲的相关失稳。同时,基于残余应力试验,验证了已有激光焊接不锈钢工字形截面的残余应力分布模型。基于试验结果验证了有限元模型,对激光焊接不锈钢工字形截面轴心受压中长柱开展参数分析,研究了几何初始缺陷和残余应力对中长柱稳定承载力的影响,结果表明,残余应力是影响中长柱稳定承载力的主要因素。结合试验和有限元计算结果,对CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》中轴心受压构件稳定承载力设计公式的适用性进行评估,并考虑残余应力的影响修正了轴心受压构件整体稳定设计公式的计算系数。采用修正后计算系数的规范公式能准确计算激光焊接不锈钢工字形截面轴心受压构件的稳定承载力。     

基于有限条法的带约束拉杆方形钢管混凝土柱局部屈曲模型

现有的带约束拉杆方形钢管混凝土柱钢板局部屈曲模型仅能考虑拉杆的纵向间距对其局部屈曲性能的影响,具有一定的局限性。针对带约束拉杆方形钢管混凝土轴压柱钢板的局部屈曲特性,通过界定约束拉杆的影响区域,基于有限条法建立了带约束拉杆方形钢管混凝土轴压柱局部屈曲的全新模型。利用已有试验结果对所提模型的计算结果进行验证,并与现有模型的计算结果进行比较。与现有模型相比,所提模型的计算结果能反映约束拉杆的水平间距、纵向间距以及直径对带约束拉杆方形钢管混凝土柱临界局部屈曲应力的影响,且计算结果与试验结果整体上更为接近。应用所提出的模型,研究约束拉杆的水平间距、纵向间距及拉杆直径对带约束拉杆方形钢管混凝土轴压柱钢管临界局部屈曲强度的影响。结果表明,拉杆纵向间距对临界局部屈曲强度影响最为显著,水平间距次之,而拉杆直径的影响最小。最后讨论了不同约束拉杆间距和直径下钢板宽厚比的合理限值,供工程设计参考。     

高强度钢材箱形截面轴心受压短柱局部稳定试验研究

针对高强度钢材焊接箱形截面柱的局部稳定受力性能,对4个Q460钢材等边箱形短柱进行轴心受压试验。根据试验结果分析试件的局部屈曲应力、极限应力随板件宽厚比的变化规律,并将试件的局部屈曲应力、极限应力与我国、美国、欧洲钢结构设计规范以及陈绍蕃建议的相应设计方法和计算公式进行对比分析。结果表明,钢板的宽厚比越大,试件截面的利用率越低,局部屈曲后强度越富余;我国钢结构设计规范中对于试件的局部屈曲应力的计算公式不适用于等边箱形短柱;对于等边箱形短柱的极限应力,美国、欧洲钢结构设计规范和陈绍蕃建议的设计方法的计算结果较为接近,且均略高于试验结果,这3种设计方法都是可行的。进一步修改已有的计算公式,以适用于计算Q460高强度钢材等边箱形短柱的局部屈曲应力;建议采用陈绍蕃建议的设计方法,并进一步修改欧洲钢结构设计规范的计算公式,以适用于计算Q460高强度钢材等边箱形短柱的极限应力。     

基于有限条法的偏压下方钢管混凝土柱局部屈曲分析

假定方钢管混凝土偏压柱钢板四边均为固定约束,建立基于有限条法的偏压下方钢管混凝土柱钢板局部屈曲模型。利用所建立模型计算了不同应力梯度下方钢管混凝土偏压柱钢板局部临界屈曲系数,从而得到偏压下方钢管混凝土柱的局部屈曲强度。为了验证模型正确性,对基于所述模型的方钢管混凝土偏压柱钢板局部临界屈曲系数计算值与基于能量变分法公式的计算值进行比较,两者非常吻合。同时,基于本文模型的局部屈曲强度计算值与先前试验结果比较,亦整体吻合良好。从而进一步验证了所述模型的正确性。最后,研究了偏压下方钢管混凝土柱钢板合理的宽厚比限值,给出了不同应力比时方钢管混凝土柱钢板合理的宽厚比限值,以便于工程设计应用。     

焊接工字梁腹板的局部稳定和考虑屈曲后强度的计算

新《钢结构设计规范》相对旧规范(GBJ17-88)增加了梁腹板考虑弯曲后强度设计的相关条文,对弯矩、剪力单独作用下的腹板屈曲临界应力作了修正。对于直接承受动力荷载的吊车梁及类似构件或不考虑腹板屈曲后强度的焊接工字梁,要求按规定配置加劲肋,并验算腹板的局部稳定性。计算局部稳定的相关公式随着临界应力的修正也作了相应的调整。为便于新标准的执行,故详细介绍规范条文修改的理论依据,比较新旧设计方法的差异,并通过设计实例说明了新的设计方法的优越性。     

方钢管混凝土柱局部屈曲有限元分析

主要分析了在偏心荷载作用下,方形钢管混凝土柱局部临界失稳应力cσr的变化情况,并采用ANSYS有限元软件对其进行了模拟分析,得出有限元分析结果与计算结果有一定偏差,但随着应力梯度系数φ的增加,局部临界屈曲应力σcr都呈现出减少的趋势。     

不锈钢焊接工字形截面轴压构件局部屈曲分析

采用有限元方法对不锈钢焊接工字形截面轴心受压构件的局部稳定性能进行深入研究,根据现有的相关试验数据对所建立的有限元模型的准确性进行验证,基于验证可靠的非线性有限元数值模型,对不锈钢材料力学性能、构件局部几何初始缺陷和焊接残余应力等关键参数进行分析,得到了覆盖面较广的计算结果。结合所得的数值计算结果和现有的试验数据,对欧洲不锈钢结构设计规范EN 1993-1-4中的宽厚比限值和有效宽度计算公式进行评估,在此基础上提出针对加劲板件与非加劲板件的局部屈曲宽厚比限值和屈曲后强度修正计算公式。     

钢-混凝土连续组合梁腹板局部屈曲分析

对连续组合梁负弯矩区钢腹板的稳定性进行了研究,分析了负弯矩区钢粱腹板在弯曲、轴向压力和剪切作用下的力学性能,提出了组合梁腹板在各种荷载作用下的局部稳定性简化计算模型,建立了非均匀受压、纯剪和弯剪复合受力状态下的临界屈曲应力计算公式;分别计算了钢梁腹板在非均匀受压和纯剪状态下的弹性屈曲系数,并根据偏心受压与剪切作用下的相关方程计算了钢梁腹板在复杂应力状态下的弹性屈曲系数;基于屈曲分析结果,提出了组合梁在弹性受力阶段钢梁腹板不设横向加劲肋的高厚比限值.结果表明:采用该方法确定的钢梁腹板高厚比更具合理性,且计算过程简单,结果偏于安全.