EK形、Y形支撑的抗震性能试验研究

在多层及高层钢结构建筑中,多用X形和K形支撑。其缺点是在地震荷载作用下,当支撑杆件屈曲后,水平刚度及承载力都会下降,所以抗震性能差。本文以常用的K形支撑作为对比,取性能较好的EK形、Y形支撑形式,做成3榀单跨3层的大型试验模型,运用伪动力试验方法,分析了这3种支撑形式的结构在地震荷载作用下的时程曲线,恢复力特性,支撑局部的塑性变形对整个结构的影响及支撑部分的耗能效果。通过试验结果可以看出,由于EK形及Y形支撑的受剪板首先发生剪切屈服,有效地阻止了支撑杆件的屈曲,在整个试验过程中,承载能力没有降低。同时Y形支撑对框架横梁的变形影响最小,极限承载力也最高。     

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。     

冷弯薄壁受压C形截面局部屈曲荷载和承载力

为研究板组效应对冷弯薄壁受压C形截面局部屈曲荷载和承载力的影响,对组成其截面各板件局部屈曲时的变形协调情况进行理论分析,提出考虑该效应的腹板局部屈曲计算模型,基于能量法和静力平衡条件推导了冷弯薄壁受压C形截面局部屈曲荷载的解析解,并分别与有限条法和中国规范GB 50018—2002规定的方法进行对比.将所推导的解析解引入直接强度法,对21根冷弯薄壁C形受压短柱试验的承载力进行计算,并分别与承载力试验结果和按GB 50018—2002规定方法计算的承载力进行对比分析.结果表明:在屈曲荷载方面,本文推导的解析解合理可靠,而按中国规范规定的方法则存在系统误差,当截面高宽比小于4.5时,其结果偏于保守,当截面高宽比大于4.5时,其结果偏于不安全;在承载力方面,按本文方法计算的承载力与试验结果较为接近,合理可靠,而按中国规范规定方法计算的承载力较保守,并且随着截面宽高比的增大,保守趋势不断增大.     

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。     

考虑弯矩作用梭形钢格构柱的稳定性能

通过弹性屈曲分析和考虑大变形的弹塑性非线性分析首次考察轴力和弯矩共同作用下梭形钢格构柱的稳定性能。首先提出梭形格构柱截面刚度变化率的概念并分析其弹性屈曲性能,进而考察弯矩作用对梭形格构柱稳定性能的影响,重点分析轴向应力、弯曲应力和剪应力的发展历程,文中还考察了分肢钢管间距及隔板厚度对稳定承载力的影响。结果表明,截面刚度变化率决定桅杆的弹性屈曲模态;屈曲模态为＂C＂形的桅杆,弯矩作用导致稳定承载力的降低程度小于屈曲模态为＂S＂形的桅杆;可通过调整分肢钢管间距获得梭形格构柱的最大稳定承载力,相应的分肢间距与＂C＂形、＂S＂形屈曲模态转换的临界分肢间距基本一致;增加隔板厚度对提高＂S＂形屈曲模态桅杆的稳定承载力更为有效。     

常荷载偏心下有初曲槽形截面的屈曲后性能研究

本文从Marguerre平板大挠度应力协调方程出发，采用柱稳定函数作为位移函数，应用半解析法对有初曲薄壁槽形截面在常荷载偏心下的屈曲后性能进行了理论计算，得到了屈曲后平衡路径，理论与试验结果符合较好。     

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.     

T形截面钢压杆整体稳定计算的折算长细比法

T形截面轴心压杆绕其对称轴发生弯扭屈曲.当压力作用于截面的剪切中心时,T形截面压杆仅发生弯曲屈曲或扭转屈曲.尽管T形截面压杆绕对称轴屈曲时,剪切中心加载时的屈曲荷载大于轴心加载时的屈曲荷载,但若其具有初弯曲、初偏心及残余应力等缺陷,当压力由形心移至剪切中心时,压杆的整体稳定设计承载能力将会降低.提出了一种T形截面压杆设计计算的新方法———折算长细比法,并将该方法与陈绍蕃提出的计算方法、现行规范中的计算方法以及有限元法进行对比后指出新方法合理、简捷,值得推广应用.     

单轴对称薄壁钢压柱局部和整体相关作用

通过27根剖分T型钢压杆试验,借助通用有限元软件对单轴对称钢压杆的整体与局部相关屈曲做了计算分析,分析时考虑了残余应力、几何和材料的非线性等因素的影响.分析结果表明,畸变变形不容忽视,整体分析时应考虑局部屈曲和畸变屈曲的影响,三者不宜分开考虑.按照等稳定原则设计,薄壁构件对初始缺陷较为敏感,整体和局部相关作用明显.     

工形截面纯弯曲梁翼缘腹板的相关屈曲 

考虑截面部分塑性及残余应力的影响，对焊接工形截面纯弯曲梁板件的相关屈曲进行了有限元分析。结果表明：翼缘对腹板屈曲的嵌固系数与截面几何多数及塑性开展深度有关，并非定值。试验结果基本上验证了理论分析。对工形截面梁腹板屈曲的嵌固系数提出了较精确的计算公式。     

T形截面悬臂柱自重下弯扭屈曲无穷级数解与FEM验证

以自重作用下的T形截面悬臂柱为研究对象,研究其屈曲模态及屈曲荷载。基于板-梁理论和能量变分原理,建立了位移和转角的变形曲线为三角函数无穷级数形式的T形截面弯扭屈曲总势能方程。根据悬臂柱的边界条件、势能驻值原理,并引入无量纲参数,获得了T形截面悬臂柱在自重作用下的弯扭屈曲无量纲无穷级数解。运用ANSYS有限元分析软件计算了长细比≥50的6组T形截面悬臂柱在自重荷载下的特征值屈曲解,并与位移函数取50项的精确理论解对比,最大误差为1.45%;且随着长细比增大,误差越来越小。     

工形截面纯弯曲梁翼缘腹板的相关屈曲

考虑截面部分塑性及残余应力的影响，对焊接工形截面纯弯曲梁板件的相关屈曲进行了有限元分析。结果表明，翼缘对腹板屈英的嵌固系数与截面几何参数及塑性开展深度有关，并非定值。试验结果基本上验证了理论分析。对工形截面梁腹板屈曲的嵌固系数提出了较精确的计算公式。     

锥壳的扭转屈曲

应用文献（５）导出的锥壳屈曲分支方程,首次对铰支锥壳的扭转稳定性进行了研究,根据分支点变形状态分析,设计了一组构形准确的屈曲模式,通过３参量Ｇａｌｅｒｋｉｎ变分计算,获得了比较理想的扭转屈曲分支解。     

帽形中间加劲肋纯压作用下加劲性能的有限条分析

用有限条程序对帽形中间加劲肋在单向均匀受压状态下的加劲性能进行了数值分析.文中详细分析了帽形肋条的刚度、形状尺寸和位置变化对中间加劲板件屈曲应力的影响,以及帽形中间加劲板件的充分加劲刚度的计算.在分析基础上,给出了帽形中间加劲肋合适尺寸的建议,得出了计算充分加劲刚度和考虑肋条位置偏移影响的公式.本文主要结论可供设计和修订设计规范参考.     

矩形钢管混凝土轴压柱局部屈曲性能的解析分析

本文对矩形钢管混凝土轴压柱钢管壁的局部屈曲性能进行了理论分析研究，用能量法计算了在均匀压力作用下管壁的局部屈曲临界应力，得到了矩形钢管混凝土钢管板件的局部屈曲系数k=10.67。     

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％。     

工字形组合截面梁腹板的局部屈曲

为正确预测工字形组合截面梁的承载力,针对其腹板的局部屈曲问题进行了数值分析和试验.有限元分析表明梁腹板会在集中荷载下方发生局部屈曲或对无加劲肋的梁会在支座处发生局部屈曲.同时表明,正应力与剪应力基本呈线性关系,腹板上边缘处的局部压应力并不显著影响腹板的屈曲.采用硅橡胶制作模型梁,进行腹板屈曲试验,证明了数值分析结果的正确性.经对计算结果回归分析,给出了腹板屈曲计算公式的一种新形式.     

局部双层网壳结构非线性屈曲分析

以局部双层球面网壳为研究对象，采用Newton-Raphon增量迭代及弧长法对节点承受均布载荷的网壳进行了非线性有限元分析．对比研究了单层、双层及局部双层网壳的极限屈曲荷载及位移．研究结果表明，局部双层网壳能够明显改善单层网壳的稳定性能，提高其节点屈曲载荷.     

纯弯工字形薄壁钢梁局部与整体的相关屈曲

本文研究了纯弯工字形薄壁钢梁组成板件局部屈曲与整体屈曲间的相互作用。先导出一种屈曲分析的复数有限条法,用以分析局部屈曲相关作用以及梁的可能屈曲模态,然后结合有效截面法研究了局部屈曲后梁的整体侧扭屈曲。最后,通过试验研究对理论方法进行了验证,并结合我国规范作了一些讨论。     

柱壳纯弯曲内时弹塑性屈曲分析和计算

首次将内时理论应用于屈曲问题，由具有非保守性质的内时虚功变分方程，研究了柱壳在纯弯曲下的塑性屈曲响应。结果显示了卡门－钱学森关于屈由“跳跃理论”的性质，证实了湘利关于塑性屈曲临界载荷不唯一的提法，表明了塑性屈曲破坏是一个相继屈曲的过程。