《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。     

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。     

集中荷载作用下矩形钢管高强混凝土上翼缘工字形梁屈曲分析

为获得矩形钢管高强混凝土上翼缘工字形梁的屈曲荷载和屈曲模式,文中共设计14根简支梁,考察主要参数为混凝土强度等级、钢管翼缘高宽比、腹板厚度及高度、加劲肋和跨度.利用ANSYS软件建立有限元模型,对14根简支梁开展特征值屈曲分析,获得组合梁的前5阶屈曲荷载和模式,明确混凝土强度、钢管翼缘高宽比、腹板厚度及高度、加劲肋和跨度对屈曲荷载的影响规律.结果表明增加钢管翼缘高宽比、减小跨度及设置加劲肋均会显著提高梁的屈曲荷载,增加腹板的厚度对梁的屈曲荷载影响不明显,增加腹板高度和提高混凝土强度并不能有效提高梁的屈曲荷载.为进一步开展该类组合梁的非线性屈曲分析奠定基础.     

不锈钢薄腹梁受剪性能试验研究

通过对7根不锈钢薄腹梁进行受剪性能试验研究,分析了梁腹板的剪切屈曲和屈曲后强度。结果表明：所有梁均发生剪切屈曲破坏,薄腹板中形成拉力带,上翼缘和横向加劲肋中出现塑性铰;根据腹板表面应变和侧向鼓曲变形测得的剪切屈曲应力均低于理论计算的弹性剪切屈曲应力;梁的受剪承载力显著高于腹板剪切屈曲时的荷载,具有较高的屈曲后强度;梁端设置封头肋板可以提高梁的受剪承载力。基于得出的试验结果及现有其他试验数据,对两种考虑腹板屈曲后强度的受剪承载力计算方法进行评估,我国GB 50017—2017《钢结构设计标准》中的公式仅考虑了腹板的受剪承载力,其计算结果总体偏于保守,但是对腹板高厚比较小(λs<1.5)的不锈钢薄腹梁,受剪承载力计算偏于不安全,且计算结果离散性较大;EN 1993-1-4中的计算公式中同时考虑了腹板和翼缘的受剪承载力,其计算结果偏于保守且离散性较小。     

焊接工字梁腹板考虑屈曲后强度的设计方法探讨

主要介绍现行《钢结构设计规范》(GB50017-2003)和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102∶2002)中关于焊接工字梁腹板考虑屈曲后强度的设计方法,比较两规范的异同,以便工程设计人员更好地理解和应用新规范。     

梁腹板在弯、剪及局压复合应力作用下的屈曲分析

前钢结构设计规范(GBJ17-88)中有关梁腹板局部稳定的计算公式来源于无限弹性完善板假定,一方面与构件的实际工作状况有一定出入,导致计算结果有时会偏于不安全;另一方面又与有关钢梁在弯曲正应力作用下的强度计算公式(考虑截面部分进入塑性)不相协调。针对《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中变动较大的该部分设计内容,本文考虑不同的几何参数及弯、剪、局压多种应力组合工况对梁腹板屈曲临界应力的影响,对修订后的梁腹板横向加劲区格在复合应力作用下的临界应力相关公式进行了大量的有限元分析与计算;重点考察了梁腹板的弹塑性屈曲性态及规范(GB50017-2003)中相关公式所具有的设计安全度。在此基础上,提出相关的设计建议,供规范修订及进一步的研究参考。     

焊接工字梁腹板屈曲后强度的利用

不少国家已把利用焊接工字梁腹板的屈曲后强度继续承受荷载列入钢结构设计规范。但（钢结构设计规范）（ＧＢＪ１７—８８）还没有这方面的条文规定。通过对焊接工字梁腹板屈曲后强度的理论分析及试验研究,得出了一些对规范修订有重要参考价值的结论。     

应力梯度下不锈钢梁腹板局部屈曲强度

研究应力梯度下不锈钢梁腹板的局部屈曲强度。由于比例极限相对较低,应力作用下不锈钢的承载能力超出了比例极限。因此,设计时应考虑这类钢材的非弹性屈曲强度。为确定这一强度,在进行局部屈曲计算时,通常采用塑性折减系数来考虑其非弹性后屈曲性能。研究选用的钢材有AISI304型、410型和3CR12不锈钢。选择合适的截面尺寸以促进局部屈曲,并抑制其他形式的屈曲(如畸变和侧向扭转屈曲)。为研究不同长细比的槽钢,采用不同的腹板高度。研究结果表明,可采用有效宽度法来预测不锈钢梁腹板的局部屈曲强度,而无需使用塑性折减系数。     

波纹钢腹板Ⅰ型梁的弯矩梯度校正因子和弹塑性弯扭屈曲

波纹钢板具有抗剪能力强(没有加劲肋)、焊接工艺少、耐疲劳性好等优点。为了充分利用这些优势,研究人员试图用波纹钢板作为Ⅰ型梁的腹板。弯扭屈曲是这类Ⅰ型梁设计的主要方面。然而,波纹钢腹板Ⅰ型梁的弯扭屈曲仍需进一步研究,特别是在非均匀弯曲等负载条件下。利用有限元分析,研究了线性弯矩梯度下波纹钢腹板Ⅰ型梁的弯扭屈曲强度。结果显示,波纹钢腹板Ⅰ型梁中波纹周期数不同,其屈曲性能也不同。此外,给出了波纹钢腹板Ⅰ型梁弯矩梯度校正因子的简易方程。基于普通Ⅰ型梁的设计方程以及考虑初始缺陷和残余应力的弹塑性有限元分析,讨论了波纹钢腹板Ⅰ型梁的弹塑性弯扭屈曲强度。     

焊接结构屈曲后承载力分析

目前,GB50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》对冷弯薄壁型钢中受压板件屈曲后强度的利用进行了相关规定,GB50017-2003《钢结构设计规范》仅对承受静力荷载和间接承受动力荷载焊接梁腹板的屈曲后强度进行了考虑。为此,对焊接结构中板件考虑屈曲后强度的极限承载力进行深入研究,提出焊接结构中均匀受压板件在考虑几何缺陷和残余应力时的计算公式。此公式计算结果与GB50018-2002的接近,且公式形式简捷实用,可供工程设计使用。     

负弯矩区Π型组合梁的连接强度与刚度

研究了加肋腹板连续组合梁的横向连接刚度和强度。采用横向腹板劲肋 ,加强了组合梁刚性上翼缘 (混凝土板 )对工字梁下翼缘的横向约束 ,能有效提高组合梁的侧向失稳荷载 ,但在钢梁上翼缘与钢筋混凝土板连接区域会产生较大的横向集中力。该集中力会导致混凝土板与下部钢梁上翼缘连接区的强度破坏 ,在设计中必须予以考虑     

Numerical investigation of inelastic buckling of steel–concrete composite beams prestressed with external tendons

The ultimate resistance of a continuous composite beam is governed by either distortional lateral buckling or local buckling, or an interactive mode of the two which is sharply different from the torsional buckling mode in a bare steel beam. A finite element model is developed and based on the proposed FE model, inelastic finite element analysis of composite beams in negative bending is investigated, considering the initial geometric imperfection and the residual stress patterns and the FE results are found agree well with the test results. Parametrical analysis is carried out on the prestressed composite beams with external tendons in negative bending. Factors that influence load carrying performance and buckling moment resistance of prestressed composite beams are analyzed, such as initial geometric imperfection, residual stress in steel beams, force ratio, which is defined as the extent of prestressing force and negative reinforcement in the beams, as well as the slenderness ratios of web, flange, and beams. By varying cross-section parameters, 25 groups of composite beams under negative uniform bending with initial geometric imperfection, residual stress as well as different force ratios, 200 beams in total are studied by means of the FE method. The computed buckling moment ratios are drawn against the modified slenderness proposed by the authors and compared with the Chinese Codified steel column design curve. It is demonstrated that the tentative design method based on the Chinese Codified design curve can be used in assessment of buckling strength of composite beams in a term of the modified slenderness defined.     

冷弯薄壁槽钢-混凝土组合梁抗火性能参数分析

基于ANSYS热分析结果,建立冷弯薄壁槽钢-混凝土组合梁在标准火灾作用下的热-结构耦合有限元计算模型,对荷载水平、混凝土强度、槽钢截面几何尺寸、防火涂层厚度、加载位置和加载方式等不同影响因素下的组合梁抗火性能进行有限元分析。结果表明：防火涂层厚度和荷载水平对组合梁抗火性能的影响显著,槽钢截面腹板高度和腹板厚度次之,混凝土强度、加载位置、加载方式和槽钢翼缘厚度等因素对组合梁的抗火性能影响很小,可以忽略不计;防火涂层厚度一定时,组合梁的耐火极限随荷载水平的提高而降低;荷载水平一定时,组合梁的耐火极限随防火涂层厚度的增加而呈非线性提高;填充混凝土可有效降低钢梁截面的温度,产生温升延时效应,在升温前期,冷弯薄壁槽钢-混凝土组合梁的温度低于未填充混凝土的型钢梁,降幅可达15％~60％。在ISO-834标准火灾作用下,组合梁跨中挠度 δ=l/25 可作为其达到耐火极限的判别标准。     

钢与混凝土蜂窝形组合梁设计中的若干问题

本文对钢与混凝土蜂窝形组合梁的强度、空腹的次影响、剪力对抗弯强度的影响以及挠度等问题进行了分析,并进行了6组蜂窝形组合梁的试验,为该种结构在徐州彭城电厂中的应用提供了可靠的依据。     

Resistance and thermal insulation of a composite FRP–steel beam

For an optimal design of roof-elements for long spans one has to consider both load-carrying capacity and heat conductivity. In this paper three different alternative web configurations for joining web to flange in a roof-element are investigated. A composite web in combination with fibre reinforced plastics (FRP) is proposed as a solution to achieve an optimised performance. The connection is designed as a mechanical pin-type fastener with a general purpose polyester matrix FRP. Full-scale beam tests and small-scale properties test were carried out. Where connection failure took place, the derived connection capacity load matches fairly. A predicted span length of a roof element is in the order of 8–10 m in a design situation should be possible using the FRP–steel web. The load-carrying and thermal insulation performance of FRP–steel, expanded metal and slotted steel beams are compared by finite element analysis.     

钢-混凝土组合梁在大跨人行天桥结构中的应用

钢 混凝土组合梁作为一种组合横向受力构件 ,能充分发挥钢材的抗拉强度和混凝土的抗压强度 ,具有承载力高、刚度大、延性好、节省材料等优点。结合深圳市横岗镇政府侧人行天桥的设计 ,通过几种不同结构方案的比较 ,说明了钢 混凝土组合梁应用于现代城市大跨人行天桥的优势     

型钢混凝土组合结构梁柱节点深化设计研究

结合兵器科技信息大厦工程实例,详细介绍了型钢混凝土组合结构梁柱节点的深化设计方法,包括梁钢筋在遇到柱型钢时的三种解决方法,即绕过柱型钢、穿过柱型钢腹板和与柱型钢翼缘板焊接连接,以及柱的主筋和箍筋在遇到梁型钢时的解决方法。     

焊接双轴对称工字型钢梁截面的优化设计

在焊接的染截面设计中,结构安全、计算简便和节省材料都应充分考虑．根据焊接钢梁的构造要求,对双轮对称工字型截面梁进行优化设计,导出了确定钢梁截面各板件尺寸的直接设计公式,该设计可方便地应用于工程实际．     

单轴对称焊接工字钢简支梁截面的优化设计

研究单轴对称焊接工字钢简支梁的优化设计。由于钢结构的稳定性非常重要,在计算机优化设计过程中,从优先考虑稳定性入手,同时考虑梁的强度、刚度及美观等因素,提出了单轴对称焊接工字钢简支梁在集中荷载作用下的合理截面和最大设计弯矩值的确定的方法。此方法可以在充分利用材料机械性能的基础上,快速、有效、经济地设计工字钢梁。     

钢-混凝土蜂窝组合梁抗剪性能分析

对腹板开孔后的蜂窝梁和考虑混凝土板组合作用下的蜂窝组合梁抗剪性能进行分析。以试验为基础,建立有限元模型,对不同开孔率、翼缘尺寸、混凝土板尺寸和连接程度下的蜂窝梁和蜂窝组合梁进行分析。结果表明:蜂窝梁翼缘宽度变化对抗剪贡献影响不大,翼缘厚度变化对其影响较大,翼缘厚度的抗剪贡献与开孔大小、形式有关;混凝土板和连接程度对蜂窝组合梁抗剪强度贡献不可忽略。给出了蜂窝梁、无连接蜂窝组合梁和有连接组合梁抗剪强度计算方法;通过分析不同剪跨比蜂窝组合梁的受力性能,给出弯-剪相关曲线公式;通过提高蜂窝组合梁孔洞竖向位置,可以提高其承载能力。