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。     

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。     

焊接工字梁腹板的局部稳定和考虑屈曲后强度的计算

关于焊接工字梁腹板的计算,《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)作了相应的修正。阐述了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。     

关于压弯钢构件腹板局部稳定性验算的探讨

提出了直接考虑腹板最大使用压应力条件下 ,压弯构件腹板高厚比限值计算公式 ,该公式可用于非直接承受动力荷载的压弯钢构件腹板局部稳定性验算 ,可以省略钢结构设计规范关于压弯钢构件局部稳定验算中有效截面法的补充验算。实例计算表明 ,该公式在工程设计中是适用的。     

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。     

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。     

钢结构次梁设计模式与经济性比较研究

钢梁设计模式有：弹性设计、考虑屈曲后强度设计和组合梁设计。由这3种设计模式出发,着眼于钢结构次梁设计,在相同的荷载和几何条件假设下,比较分析了满足承载能力和正常使用极限状态要求的次梁用钢量,得出组合梁设计为最优设计模式。在钢结构设计中,次梁设计宜优先采取组合梁设计或考虑屈曲后强度设计,腹板局部稳定的控制可采用临界剪切应力法,腹板高厚比不必局限于规范规定的限值80槡235/fy,在满足结构安全的前提下,应使经济参数最优化。     

连续双工字钢—混组合梁桥腹板局部屈曲研究

对比分析了《公路钢结构桥梁设计规范》《钢结构设计标准》《欧洲规范》中"钢梁腹板区格局部屈曲"验算公式的安全度水平,总结出了修正《公路钢结构桥梁设计规范》关于钢梁腹板局部屈曲验算公式的两种有效方法。     

焊接工字形截面组合钢梁腹板屈曲后整体稳定性探析

正1工字梁腹板屈曲后对整体稳定性影响问题的提出对于组合截面钢板梁的腹板,因屈曲而发生微小出平面位移之后,在腹板的中面上将产生薄膜拉应力,此时梁犹如一桁架结构,张力场产生的薄膜拉应力好似桁架的斜拉杆,梁翼缘犹如弦杆,横向加劲肋则起到竖杆的作用,这就使得腹板屈曲后还可以在一定范围内继续承受逐渐增大的荷载。我国现行钢结构设计规范正是基     

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压柱畸变屈曲试验研究

本文对550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件畸变屈曲性能进行了试验研究,17根试件的试验结果表明:由于试件局部屈曲一般发生在畸变屈曲之前,促使畸变屈曲提前出现,这种相关作用减弱了构件整体刚度,降低了构件承载力;澳洲规范AS/NZS 4600:1996及北美规范NAS 2004中关于发生畸变屈曲构件承载力的计算方法没有考虑局部屈曲和畸变屈曲相关作用的不利影响。依据试验结果本文提出了一种修正直接强度法的建议计算方法,该法计算结果与试验结果较为接近且偏安全。     

Q460高强钢焊接工字形截面简支梁整体稳定性能与设计方法研究

为研究Q460高强钢焊接工字形截面简支梁的整体稳定性能,对跨中无侧向支撑的3个双轴对称和6个单轴对称焊接工字形截面简支梁进行了整体弯扭屈曲试验。实测了试件的截面残余应力和初始几何缺陷,并分析其整体弯扭屈曲变形特征和稳定承载力。建立考虑残余应力和初始几何缺陷的有限元模型对简支梁受力进行了模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,基于试验验证的有限元模型计算了大量不同截面尺寸和跨度的Q460高强钢焊接工字形截面简支梁的整体稳定承载力。将试验和有限元参数分析结果与GB 50017—2017《钢结构设计标准》、JGJ/T 483—2020《高强钢结构设计标准》、欧洲规范EN 1993-2005和美国规范ANSI/AISC 360-2016的简支梁整体稳定系数公式的计算结果进行比较,结果表明GB 50017—2017和ANSI/AISC 360-2016的计算结果偏于不安全,EN 1993-2005的计算结果过于保守,JGJ/T 483—2020的计算结果偏于安全且最为接近。最后,在JGJ/T 483—2020的简支梁整体稳定系数计算公式基础上引入增大系数,并根据截面高宽比的不同,取用不同的长细比指数对该公式予以修正,修正后的公式更适用于Q460高强钢焊接工字形截面简支梁的设计计算。     

冷弯薄壁型钢轴压构件畸变与整体相关屈曲承载力计算方法研究

基于我国《冷弯型钢结构技术规范》(征求意见稿)和北美规范及澳洲/新西兰规范中的直接强度法,利用国内外已有的试验数据,计算了60根破坏模式为畸变与整体相关屈曲的轴压试件以及50根破坏模式为畸变屈曲的轴压试件的承载力。通过计算值与试验值的对比分析表明：我国《冷弯型钢结构技术规范》(征求意见稿)中直接强度法所计算的轴压试件畸变与整体相关屈曲的承载力与试验值之比的平均值接近1.0,结果较为理想;计算所得的轴心受压试件畸变屈曲的承载力明显高于试验值,偏于不安全。基于上述结果,对《冷弯型钢结构技术规范》(征求意见稿)中直接强度法计算畸变屈曲的承载力提出了相应建议,即畸变与整体相关屈曲的承载力计算公式和畸变屈曲的承载力计算公式不应统一,应区别对待或给出附加核查条件,在计算畸变半波长度和畸变屈曲的承载力时,采用屈服荷载而非构件整体稳定承载力。     

同时设纵横向加劲肋的梁腹板在复合应力作用下的屈曲分析

《钢结构设计规范》(GB50017-2003)对组合钢梁腹板的局部稳定作了较大改动,通过建立有限元模型并考虑多种几何参数及应力组合,对腹板的局部稳定进行了深入的研究,对新规范中梁腹板区格在复合应力作用下的局部屈曲相关公式进行了验证,重点分析了此相关公式的安全度。     

焊接H型钢局部纵弯失稳下抗弯强度计算

对由厚度为6.0mm、名义屈服强度为315.0MPa的钢板制成的H型钢进行了一系列弯曲试验,研究焊接H型钢的抗弯强度。截面几何形状和侧向边界条件决定了薄壁受弯构件的屈曲形式(局部屈曲、侧向扭转屈曲或交互屈曲)。翼缘或腹板宽厚比较大的受弯构件最先出现局部屈曲,继而发生侧向扭转屈曲,在交互屈曲作用下材料最终破坏。侧向扭转屈曲下局部屈曲对抗弯强度有负面影响。计算薄壁抗弯构件名义屈服应力时应将该现象考虑在内。对翼缘和腹板宽厚比不同的焊接H型钢梁进行了试验。进行有限元分析时将局部和侧向扭转屈曲模态的初始缺陷及残余应力考虑在内。基于考虑焊接型材局部和侧向扭转屈曲相互作用的试验和有限元分析结果,给出直接强度法(DSM)计算抗弯强度的简化公式。计算强度曲线与AISC规范(2005),EC3(2003)及试验结果进行比较,验证了DSM方法所计算的强度曲线的准确性。通过试验得出薄壁焊接H型钢的抗弯强度和结构性能的有关结论。     

铝合金梁弯扭稳定系数的试验研究及数值分析

本文依托国家标准《铝合金结构设计规范》编制研究项目,采用数值分析与试验相结合的手段研究了铝合金梁弯扭稳定系数的计算问题。首先根据铝合金材料的Ramberg-Osgood本构关系,近似地将梁屈曲时截面边缘纤维的切线模量应用于全截面,由此得出无缺陷铝合金梁弯扭稳定系数的计算式;接着采用有限元数值模拟技术,应用壳板单元结合材料的随动强化模型,并同时考虑构件的初始缺陷,对强硬化和弱硬化合金分别拟合出Perry-Robertson形式的铝合金梁弹塑性弯扭屈曲稳定系数计算公式;最后,针对梁弯扭屈曲时侧向扭转的特点,合理设计了一套试验装置,并进行了铝合金拉伸力学性能的测定和10根跨中受集中力作用的简支工字梁弯扭屈曲承载力的测定,通过与试验结果的比较,验证了拟合公式的正确性。     

各国钢结构设计规范中受弯构件稳定设计的比较

比较了在美国ANSI/AISC 360-2005,英国5950-1-2000,加拿大CAN/CSA-S16-2001,澳大利亚AS 4100-1998,日本AIJ-2002和我国GB 50017-2003七本钢结构设计规范中,受弯构件稳定设计的计算公式,介绍了许多学者关于这一问题的理论分析和试验研究成果,着重介绍了用有限单元法、有限差分法等数值法给出的,在多种横向荷载作用下非均匀受弯构件等效弯矩系数βb的表达式.对于线性非均匀简支受弯构件的等效弯矩系数βb,在我国钢结构设计规范中,从TJ 17-74至GB 50017-2003,一直沿用了由M.G.Salvadori在1956年用瑞利-里兹法得到的两端简支受弯构件的等效弯矩系数βb曲线中的下限值,此值与其他几个国家的钢结构设计规范中采用的βb的计算公式不同.在参考他人研究成果的基础上,提出了一个简明的,计算任意弯矩分布和任意支承条件的,受弯构件等效弯矩系数βb的表达式.此式连同经修改的梁的弯扭屈曲设计公式,可供下一轮修订我国钢结构设计规范时参考.     

An investigation of the block shear strength of coped beams with a welded clip angle connection — Part I: Experimental study

The ends of a coped beam are commonly connected to the web of a girder by double clip angles. The clip angles may either be bolted or welded to the web of the beam. One of the potential modes for the failure of the clip angle connection is the block shear of the beam web material. To investigate the strength and the behavior of the block shear of coped beams with welded end connections, ten full-scale coped beam tests were conducted. The test parameters included the aspect ratio of the clip angles, the web shear and tension area around the clip angles, the web thickness, beam section depth, cope length, and connection position. The test results indicated that the specimens failed, developing either tension fractures of the web near the bottom of the clip angles or local web buckling near the end of the cope. Although the final failure mode of the six specimens was local web buckling, it was observed during the tests that these specimens exhibited a significant deformation of the block shear type prior to reaching their final failure mode. No shear fracture was observed in all of the tests. A comparison between the ultimate loads in the test and the predictions using the current design equations indicates that the current design standards such as the AISC-LRFD, CSA-S16-01, Eurocode 3, BS5950-1:2000, AIJ and GB50017, are inconsistent in predicting the block shear strength of coped beams with welded end connections. The analytical study of the strength of the test specimens using the finite element method, a parametric study, and a proposed design model for designing block shears for coped beams with welded clip angles are included in a companion paper.