板件中间加劲的复杂卷边槽钢轴压构件弹性畸变屈曲应力的实用计算法

为了研究板件中间加劲的复杂卷边槽钢轴压构件畸变屈曲临界应力的简便计算方法,应用有限条分析软件CUFSM对冷弯薄壁板件中间加劲的复杂卷边槽钢以及腹板中间V型加劲的复杂卷边槽钢共90个轴压构件进行数值模拟,分析各参数对构件弹性畸变屈曲临界应力的影响。经拟合分析,得出针对板件中间加劲的复杂卷边槽钢、腹板中间V型加劲的复杂卷边槽钢轴压构件的弹性畸变屈曲临界应力的简化计算公式,并验证该公式的有效性。     

腹板加劲冷弯薄壁复杂卷边槽钢受压构件承载力试验研究

分别对复杂卷边槽钢、腹板中间进行形加劲复杂卷边槽钢、腹板中间进行V形加劲复杂卷边槽钢3种截面形式,共计30根简支受压试件进行了承载力试验,其中轴心受压试件18根,偏心受压试件12根。研究了腹板加肋复杂卷边槽钢受压构件的承载力、破坏模式及变形等性能。试验结果表明:腹板加劲有效地减小了板件宽厚比,大幅度提高了轴心受压构件及向腹板一侧偏心的受压构件的承载力,使畸变屈曲代替局部屈曲起主要控制作用。与相同用钢量下的复杂卷边槽钢构件相比,腹板中间进行形加劲可使轴心受压及向腹板一侧偏心的受压构件的承载力提高约60%~70%,腹板中间进行V形加劲可使轴心受压及向腹板一侧偏心的受压构件的承载力提高约40%~60%。有效形心偏移对偏压构件承载力的影响不可忽视。对试验进行了有限元模拟,计算结果与试验结果吻合良好。     

腹板加劲卷边槽钢双肢拼合工形受压构件承载性能试验研究

为研究腹板加劲卷边槽钢拼合构件的承载性能,分别对由复杂卷边槽钢、腹板?形加劲复杂卷边槽钢和腹板V形加劲复杂卷边槽钢拼合而成的共计30根双肢拼合工字形截面简支受压试件进行了受压试验,其中轴压试件18根,偏压试件12根。研究了腹板加劲对拼合工字形截面构件承载力和失稳模式的影响。试验结果表明:腹板?形加劲槽钢能够有效减小腹板宽厚比,提高拼合截面构件的承载力;腹板加劲使畸变屈曲代替局部屈曲成为构件的主要失稳模式。研究采用有限元软件ANSYS对试件进行建模与受力分析,验证了所提出的有限元模型的准确性。通过有限元变参数分析,分析了构件长细比和偏心距对拼合截面构件承载力的影响。结果表明:轴压状态下与相同用钢量的腹板非加劲构件相比,?形腹板加劲复杂卷边槽钢双肢拼合短柱、中长柱和长柱承载力分别提高20.3%、16.0%和4.4%;腹板V形加劲复杂卷边槽钢双肢拼合短柱、中长柱和长柱承载力分别提高17.4%、8.9%和2.2%;随试件长度的增加,整体屈曲作用更为突出;随着偏心距的增大,整体弯曲屈曲逐渐起主要控制作用,3种截面构件的偏压承载力差距逐渐缩小。     

翼缘V形加劲G550高强冷弯薄壁槽钢受弯构件屈曲性能试验及数值模拟

为了研究翼缘V形加劲对高强冷弯薄壁槽钢受弯构件屈曲模式和承载力的影响,分别对翼缘无V形加劲、翼缘偏腹板一侧V形加劲、翼缘中间V形加劲以及翼缘偏卷边一侧V形加劲等4种截面形式的8组G550高强冷弯薄壁槽钢受弯试件进行了静力试验研究。结果表明,翼缘V形加劲试件相比翼缘无V形加劲试件的受弯承载力提高了28%～53%,且翼缘V形加劲导致试件的畸变屈曲问题突显;翼缘V形加劲位置对试件的屈曲模式和受弯承载力有重要影响,且与卷边宽度有关。短卷边试件表现为畸变屈曲,其中翼缘中间V形加劲试件的受弯承载力最大;长卷边试件表现为局部与畸变的相关屈曲,其中翼缘偏腹板一侧V形加劲试件的受弯承载力最大,但较翼缘中间V形加劲试件的受弯承载力提高了不到1%;综合考虑,翼缘中间V形加劲对提高试件受弯承载力效果最好。对试验进行了有限元模拟,试验结果与有限元模拟结果吻合良好。     

不同截面形式冷弯薄壁槽钢构件轴心受压承载力研究

采用ABAQUS非线性有限元软件,对3种不同截面形新型截面卷边槽钢构件在轴心受压状态下的承载力进行了分析。研究了卷边槽钢轴心受压构件的屈曲模态和极限承载力等性能。结果表明:加劲形式和卷边形式是影响试件轴心受压承载力和屈曲模式的重要因素;与无加劲形式相比,采用腹板和翼缘板件中间V形加劲有效减小了板件宽厚比,试件轴心受压承载力提高了20.51%~56.38%。     

腹板开孔复杂卷边槽钢双肢拼合构件轴压性能试验研究

通过12根腹板开孔复杂卷边槽钢和Σ形复杂卷边槽钢双肢拼合工字形简支轴压构件的轴压试验，研究了构件承载能力、失稳模式和拼合作用。采用有限元软件ANSYS对试验进行了模拟，验证了分析模型准确性。并通过有限元变参数分析研究了孔高、孔宽和孔间距对拼合构件承载力的影响。结果表明：复杂卷边槽钢截面双肢拼合开孔构件的腹板多波失稳现象明显，屈曲发生时两腹板间的相互支撑作用较强；Σ形复杂卷边槽钢截面双肢拼合开孔构件能有效地控制腹板局部屈曲的发生并显著提高短柱、中长柱的承载力；设置腹板加劲肋有助于提高孔洞周围板件变形的约束作用，同时也减弱了两单肢腹板间的相互支撑作用；相同条件下，Σ形复杂卷边槽钢截面双肢拼合开孔构件的轴压承载效率与复杂卷边槽钢截面双肢拼合开孔构件相比，短柱提高了32%，中长柱提高了10%，长柱提高了2%；非加劲截面构件在不同长度下，孔高为腹板高度1/2(69 mm)时构件的稳定承载力较孔高为25 mm时下降约7%；而孔宽、孔间距对上述两类截面构件稳定承载力影响不大；此外，采用直接强度法预测非加劲截面双肢拼合构件的承载力结果偏于保守，而对加劲截面双肢拼合构件则略显不安全。     

不同截面形式高强冷弯薄壁槽钢构件受弯承载力试验研究

对36个屈服强度为550 MPa的高强冷弯薄壁槽钢受弯试件进行静力试验研究,考虑了加劲形式和卷边形式对试件受弯性能的影响,其中加劲形式分为无加劲、翼缘中间V形加劲和翼缘及腹板中间V形加劲3种,卷边形式分为直卷边、斜卷边和复杂卷边3种。试验结果表明：加劲形式和卷边形式是影响试件受弯承载力和屈曲模式的重要因素;与无加劲形式相比,采用板件中间V形加劲有效减小了板件宽厚比,试件受弯承载力提高了30%~70%;同种加劲形式下,短（直、斜）卷边试件受弯承载力提高幅度最大,复杂卷边试件提高幅度次之,长（直、斜）卷边试件提高幅度最小;试验过程中试件发生了局部屈曲、畸变屈曲与局部和畸变相关屈曲。对试验进行了有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。     

卷边槽形截面受弯构件畸变屈曲计算方法研究

采用能量法分析冷弯薄壁型钢卷边槽形开口截面受弯构件弹性畸变屈曲应力及其畸变屈曲稳定系数。通过与有限条法分析的畸变屈曲应力进行对比分析,表明建议的畸变屈曲应力计算公式具有较高的精度,通过简化计算得到畸变屈曲稳定系数计算公式及部分加劲板件的局部畸变屈曲统一计算公式;给出了卷边槽形截面受弯构件考虑畸变屈曲的稳定承载力计算方法。最后通过分析计算受弯构件试验的构件承载力并与试验结果进行对比,表明本文提出的计算方法是合理的,相对于现行GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》能更准确地计算受弯构件部分加劲板件屈曲稳定系数及卷边槽形截面构件的稳定承载力。     

腹板V形加劲冷弯薄壁卷边槽钢中长柱畸变屈曲承载力分析

为了解腹板V形加劲冷弯薄壁卷边槽钢中长柱的受压性能,对12根开孔和未开孔中长柱进行了轴心受压试验研究。结果表明,所有试件均发生畸变屈曲失效,同时在峰值荷载时有绕弱轴的整体弯曲产生;孔洞的出现导致屈曲模态和屈曲半波数发生变化。最后,在试验和国外规范关于直接强度法计算理论的基础上,提出了一种适用于开孔和未开孔腹板V形加劲冷弯薄壁卷边槽钢中长柱畸变屈曲承载力的计算方法。采用该建议方法计算所得结果与试验值和参数分析值吻合较好,安全可靠。     

腹板加劲冷弯薄壁型钢立柱组合墙体轴压性能试验研究

为研究截面形式、腹板开孔和面板材料等因素对组合墙体轴压性能的影响,对墙柱形式为复杂卷边槽钢(S1截面)、腹板V形加劲复杂卷边槽钢(S2截面)和Σ形复杂卷边槽钢(S3截面),覆面板为定向刨花板(OSB)和石膏板的10片冷弯薄壁型钢立柱组合墙体进行了轴压性能试验。试验结果表明,S1截面、S2截面、S3截面的组合墙体上覆OSB板或石膏板时承载力之比分别为1∶1.36∶1.50和1∶1.34∶1.60;腹板加劲墙柱的主要失稳模式为畸变屈曲;与相同条件下无孔立柱组合墙体相比,腹板加劲有孔立柱组合墙体承载力下降约12.0%,非加劲墙体承载力下降1.6%。基于单根轴压构件的直接强度法开展了考虑墙板约束作用的组合墙体(有孔和无孔)轴压承载力计算方法研究,计算值与试验值的对比分析表明：以现有直接强度法为基础提出的墙体承载力计算方法对腹板非加劲立柱组合墙体的承载力预测较为准确,对腹板加劲立柱组合墙体承载力的预测偏不安全;考虑局部与畸变相关屈曲作用提出的承载力计算方法对腹板加劲立柱组合墙体承载力的预测值与试验值吻合良好。     

Compression tests of high strength cold-formed steel channels with buckling interaction

This paper describes a series of compression tests conducted on cold-formed simple lipped channels and lipped channels with intermediate stiffeners in the flanges and web fabricated from high strength steel plate of thickness 0.6 and 0.8 mm with the nominal yield stress 560 MPa. A range of lengths of lipped channel sections were tested to failure with both ends of the column fixed with a special capping to prevent local failure of column ends and influence from the shift of centroid during testing. The high strength cold-formed steel channel sections of intermediate lengths generally displayed a significant interaction between local and distortional buckling. A noticeable interaction between local and overall buckling was also observed for the long columns. A significant post-buckling strength reserve was shown for those sections that showed interaction between local and distortional or overall buckling. Simple design strength formulas in the Direct Strength Method for the thin-walled cold-formed steel sections failing in the mixed mode of local and distortional buckling have been studied. The strengths predicted by the strength formulas proposed are compared with the test results for verification.     

冷弯薄壁复杂卷边槽钢轴压固支构件稳定性能分析

为研究复杂卷边槽钢轴压固支构件的稳定性能,选取不同的翼缘宽厚比、截面形式、构件长度、卷边长度等几何参数,对共计292个构件进行非线性有限元分析,研究上述参数对复杂卷边槽钢固支构件稳定性能的影响。结果表明:固支构件较易发生畸变屈曲,翼缘宽厚比较大时,构件的整体失稳模式多为弯扭屈曲。构件的极限承载力随着翼缘宽厚比、构件长细比的增大而减小,卷边对构件承载效率的影响随翼缘宽厚比的不同而呈现两种不同的规律。     

腹板开孔复杂卷边冷弯薄壁槽钢受弯构件稳定性试验研究

为了研究腹板开孔对不同截面形式冷弯薄壁型钢受弯构件稳定性能的影响，对腹板开孔的复杂卷边槽钢(B1截面)、Σ形复杂卷边槽钢(B2截面)共计8个简支梁试件进行稳定性试验研究，其中研究纯弯的试件4个，非纯弯的试件4个。试验结果表明：B2截面试件的受弯承载效率均高于B1截面试件，B1截面试件受开孔的影响较大，而B2截面试件由于腹板加劲肋的设置减弱开孔对截面的影响，两者在开孔处均发生明显的剪切变形。与相同条件下不开孔试件的试验结果对比表明：开孔试件的极限荷载均有不同程度的降低，非纯弯状态的下降幅度大于纯弯状态的；开孔试件的失稳模式基本不变，但破坏位置多发生在孔洞截面处。对试验进行有限元模拟分析，计算结果与试验结果吻合良好。在此基础上，利用有限元模拟对比相同截面腹板开孔和不开孔受弯构件的应力分布云图，结果表明，孔洞的存在改变了构件的应力分布，使孔洞周边区域发生应力集中现象，B1截面开孔受弯构件最大应力主要集中在弯剪段孔洞附近，而B2截面开孔后最大应力则主要集中在荷载作用点附近的受压翼缘上。     

G550高强冷弯薄壁Z形钢受弯构件承载力试验与直接强度法研究

为了研究高强冷弯薄壁型钢构件的受弯性能和完善直接强度法,对卷边形式为斜卷边、直卷边和复杂卷边的12个G550高强冷弯薄壁Z形钢受弯试件进行了静力试验。试验结果表明,卷边形式对试件屈曲模式和受弯承载力有显著影响,试件发生了局部与畸变相关屈曲或畸变屈曲,直卷边试件的承载力高于斜卷边试件的承载力,复杂Ⅱ型卷边试件的承载力高于复杂Ⅰ型卷边试件的承载力。根据试验结果并结合现有国外直接强度法公式,回归出G550高强冷弯薄壁Z形钢受弯构件发生局部与畸变相关屈曲变形时的承载力直接强度法修正公式,当此类构件发生畸变屈曲时,无需再修正现有直接强度法公式。建立有限元模型对试验进行了分析,分析结果与试验结果吻合良好。在此基础上,利用大量有限元分析结果验证了直接强度法修正公式比现有直接强度法公式对此类构件的承载力的预测更为安全可靠。     

直卷边和斜卷边受弯构件畸变屈曲性能研究

应用ANSYS有限元程序,分别对直卷边和斜卷边C形和Z形截面冷弯型钢受弯构件的畸变屈曲性能进行研究。对比发现,多数直卷边构件的抗弯承载力略高于斜卷边的,在相同截面参数条件下,C形和Z形截面的抗弯承载力相差很小。计算结果还与直接强度法进行了对比,结果发现,多数构件的计算结果高于直接强度法的结果。     

550MPa高强冷弯薄壁卷边槽钢受弯构件畸变屈曲试验研究

为了研究屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢受弯构件的畸变屈曲性能,分别对直卷边、斜卷边和复杂卷边3种卷边形式的12组高强冷弯薄壁槽钢受弯试件进行了静力试验研究,其中纯弯试验6组,非纯弯试验6组。试验结果表明,卷边形式是影响试件发生畸变屈曲或局部和畸变相关屈曲的重要因素。相同卷边形式下,非纯弯试件的承载力均高于纯弯试件的承载力,且提高幅度与试件屈曲破坏模式有关,只发生畸变屈曲的试件承载力提高幅度最大,而在发生局部和畸变相关屈曲的试件中,由畸变屈曲引起破坏的试件承载力提高幅度次之,由局部屈曲引起破坏的试件承载力提高幅度最小。     

Compression tests of longitudinally stiffened plates undergoing distortional buckling

This paper describes a series of compression tests performed on longitudinally stiffened plates fabricated from a mild steel plate of thickness of 4.0 mm with nominal yield stress of 235.0 MPa. The stiffened plates with longitudinal stiffeners of a range of rigidities were tested to failure. The ultimate strengths and performances of the longitudinally stiffened plates in compression undergoing distortional buckling or interaction between local and distortional buckling were investigated experimentally and theoretically. The compression tests indicated that the critical buckling mode was dependent mainly on the rigidity of the longitudinal stiffeners and the width-to-thickness ratio of the sub-panels. A noticeable interaction between local and distortional buckling was also observed for some stiffened plates. A significant post-buckling strength reserve was shown for those sections with distortional buckling and for those sections showing interaction between local and distortional buckling. A limiting strength curve for distortional buckling of longitudinally stiffened plates was studied. Simple design strength formulas in the direct strength method are proposed to account for the distortional buckling and the interaction between local and distortional buckling of longitudinally stiffened plates. The strength curves were compared with the test and FE results conducted. The adequacy of the strength curve was confirmed. A set of conclusions on the buckling behavior of longitudinally stiffened plates was drawn from the experimental studies.