690MPa高强钢薄壁方形截面轴压构件承载力直接强度法研究

与有效宽度法和有效屈服强度法相比,直接强度法更简单.采用ANSYS有限元软件建立模型分析了名义屈服强度fv为690MPa高强钢薄壁方形截面轴压构件的极限承载力,并和直接强度法、修正的直接强度法相比较.主要参数:板件宽厚比b/t=23,30,40,50和60;构件长细比λ=20,30,40,50,60,70,80和90.研究结果表明:对fy=690MPa的薄壁方形截面(b/t＞20)轴压构件,采用直接强度法和修正直接强度法计算时,其稳定系数采用《钢结构设计标准》(GB 50017-2017)中的a类曲线;对长细比70≤λ≤90的构件,3种方法均偏保守;对长细比20≤λ＜70的构件,在大部分宽厚比范围内,Kwon等提出的修正直接强度法能较好地预测有限元计算结果,直接强度法偏于不安全,Shen Hongxia提出的修正直接强度法偏安全.     

高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件局部和整体相关屈曲试验研究

通过13个Q460C、Q550D和Q690D钢中长柱的双向偏压试验,研究了高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件的局部-整体相关屈曲性能和极限承载力;将极限承载力与美国、欧洲规范以及新提出的计算公式的计算结果相比较,以验证它们对高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件局部-整体相关屈曲计算的适用性。结果表明,在钢材名义屈服强度fy=460～690 MPa,板件宽厚比b/t=40～70,构件长细比λ=45～79,偏心距ex=ey=20～45 mm范围内,美国规范ANSI/AISC 360-16对较大长细比（λ=79）和Q690D钢较小宽厚比（b/t=40）试件的计算结果偏于保守;欧洲规范BS EN 1993-1-1对较小板件宽厚比（b/t=40）试件的计算结果偏于保守,对其余试件是安全的;使用新提出的有效屈服强度法所得到的计算结果和试验结果吻合良好;新提出的有效截面法对大部分试件的计算结果偏于保守。     

Q460高强钢焊接H形柱轴心受压极限承载力参数分析

为了研究现行钢结构设计规范是否仍适用于高强钢中厚板焊接H形柱的设计,采用数值积分法与有限单元法对Q460钢轴心受压柱的极限承载力进行了参数分析。试件的主要参数分别为翼缘宽厚比(3.4⁷.0)与柱长细比(107.0)与柱长细比(10¹30)。数值积分法计算采用作者编制的电算程序,并与通用有限元程序ANSYS的计算结果进行了对比。数值模型考虑了1/1 000柱长的初始弯曲及相应截面的残余应力分布简化模型。计算结果表明:考虑相同初始缺陷的有限单元法与数值积分法所得计算结果吻合较好;Q460高强钢焰割边焊接H形柱与普通强度钢柱相比,其极限承载力对初始几何缺陷的敏感性降低,柱的稳定系数有所提高。通过对比参数分析结果与现行规范,发现当翼缘宽厚比不小于7时,中厚板Q460高强钢焰割边焊接H形柱绕弱轴稳定系数仍可沿用《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)中b类截面柱子曲线;当翼缘宽厚比小于7时,应采用c类截面柱子曲线。     

不同等级高强钢焊接工形轴压柱整体稳定性能及设计方法研究

为研究460MPa以上不同强度等级高强钢焊接工字形截面轴压柱的整体稳定性能,采用有限元分析方法,计算了国内外已公开发表(包括其他学者)的35个高强钢焊接工形试件的整体稳定承载力,并通过与试验结果对比验证了有限元模型的可靠性;利用该模型完成1280个算例的整体稳定承载力计算,包括8种钢材强度等级、8种工字形截面尺寸、对应于每种截面的10种长细比、以及绕截面强轴和弱轴失稳的2种模态,并将算例结果与现行钢结构设计规范的设计曲线进行对比分析。研究结果表明,随着钢材强度等级的提高,高强钢焊接工字形截面轴压构件绕强轴和弱轴失稳的整体稳定系数均明显提高;对于绕强轴失稳构件,建议Q460~Q550钢材的采用我国规范b类曲线,Q620~Q960钢材的采用a类曲线;对于绕弱轴失稳构件,建议Q460~Q800钢材的按b类曲线设计,Q890和Q960钢材的按a类曲线设计。此外,还提出此类构件对应不同强度等级钢材的更新柱子曲线公式,以更准确计算其整体稳定承载力。     

Q550钢焊接箱形截面压弯构件的局部稳定和屈曲后强度

通过12个Q550D钢短柱的单向偏压试验,研究高强钢焊接箱形截面压弯构件的局部稳定性能和极限承载力;将极限承载力与美国、欧洲和中国钢结构设计规范相关公式计算结果相比较,以验证各规范对Q550D钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度计算的适用性。结果表明,在翼缘宽厚比b/t=27.9～56.1,腹板高厚比h/t=40.5～80.1,偏心距ey=20～50mm,欧洲和中国规范中的相关公式有较高精度,仍然适用于550D钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度计算,而美国规范中相关公式有时偏不安全。     

Q460高强钢焊接箱形柱轴心受压极限承载力参数分析

为研究现有钢结构设计规范是否仍适用于高强钢中厚板焊接箱形柱的设计,对Q460钢轴心受压柱的极限承载力进行了参数分析。采用数值积分法,并与有限元程序ANSYS的数值计算结果作进行对比。数值模型考虑了1/1 000柱长的初始弯曲及由相应截面尺寸残余应力试验提出的残余应力分布简化模型。试件的主要参数为截面宽厚比（7.8~17.2）与柱长细比（10~130）。计算结果表明：考虑相同初始缺陷的有限单元法与数值积分法所得计算结果吻合较好;与普通强度钢柱相比,初始几何缺陷对高强钢焊接箱形柱的极限承载力影响降低,柱的稳定系数提高;残余应力降低柱的稳定系数,但其影响效应随长细比变化。参数分析结果与现有规范计算结果对比表明,中厚板Q460高强钢焊接箱形柱,当宽厚比b/t≤20时,可采用高于普通强度钢柱的b类柱子曲线。     

交互屈曲下焊接RHS柱的抗压强度预测

对由6.0mm厚、屈服强度为315 MPa的钢板焊接而成的矩形中空截面(RHS)柱进行一系列抗压试验。在局部屈曲与整体屈曲的非线性交互作用下,对焊接RHS抗压构件的极限强度和性能进行了试验研究和理论分析。压缩试验结果表明:局部屈曲与整体屈曲的交互作用对焊接RHS柱的极限强度有着显著的不利影响。基于压缩试验结果,给出用于焊接RHS柱强度设计的直接强度法(DSM)建议公式。研究结果证实,基于美国钢结构协会(AISC)或欧洲规范3(EC3)柱曲线的DSM方法,能够正确预测焊接RHS柱同时或几乎同时出现局部屈曲和整体屈曲时的极限强度。     

轴向载荷和压弯作用下矩形钢管混凝土截面承载力

将直接强度法(DSM)用于钢管混凝土(CFT)截面的计算。基于已有的试验结果给出局部屈曲CFT截面的抗压和抗弯强度。欧洲规范EC 4不允许CFT截面使用薄壁型材,而AISC规范允许将钢管的宽厚比限值应用于薄壁型材。考虑薄壁钢管的局部屈曲和钢管约束效应将提高核心混凝土抗压强度,基于直接强度法给出CFT截面抗压和抗弯强度的计算公式。根据建议公式计算得到的承载力与试验结果以及AISC规范和EC 4的计算结果进行比较。同时给出轴向压弯作用下CFT构件强度相互作用的计算公式,并将计算结果与试验结果进行比较。结果表明,抗压、抗弯强度以及强度相互作用的计算公式,用于计算轴向荷载和压弯作用下CFT柱的承载力时,计算结果较为保守。     

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。     

高强钢焊接方形截面偏压构件整体和局部相关屈曲承载力分析

采用有限元软件ANSYS分析了Q460钢宽厚比超限的焊接方形截面偏压构件的极限承载力,研究了板件宽厚比、构件长细比和偏心距对构件极限承载力的影响。基于数值模拟结果,提出了适用于Q460钢宽厚比超限焊接方形截面偏压构件极限承载力的计算方法。研究结果表明,考虑几何缺陷及残余应力的有限元模型能准确地预测焊接箱形截面偏压柱局部-整体相关屈曲的极限承载力;宽厚比超限的高强钢压弯构件的Pu/Py与Mu/Mp相关曲线基本为直线,且随着板件宽厚比(或构件长细比)的增大,Pu/Py和Mu/Mp不断下降。提出的建议计算方法与有限元计算结果符合良好。