高强钢焊接薄腹工形截面双向压弯构件的稳定性

应用ANSYS有限元,分析了Q460高强钢焊接薄腹工形截面双向压弯构件的稳定性能,提出了可供实际应用参考的设计公式。分析中考虑的主要参数有腹板高厚比,构件长细比,翼缘宽厚比及荷载偏心率。结果表明,对受压为主的构件,腹板局部屈曲对构件稳定承载力影响较大,而对受弯为主的构件,这一因素对构件稳定承载力影响较小。有限元分析结果与现行规范方法计算结果比较表明,目前规范方法尚不能较好地计算高强钢焊接薄腹工形截面双向压弯构件的稳定承载力,因而提出了修正直接强度法,该法精度较好且偏于安全。     

冷弯薄壁C型钢绕强轴偏心受压构件的极限承载力

冷弯薄壁型钢结构多采用有效截面法对构件承载力进行计算,该方法计算繁杂且未考虑构件的畸变屈曲性能。直接强度法采用全截面计算各类参数,能够考虑各种单独屈曲模式及其相关屈曲对构件稳定性能的影响,但目前该方法并不能应用于压弯构件。对冷弯薄壁C形钢绕强轴偏压构件的稳定性能进行参数分析,探讨了构件长度、偏心距、腹板高厚比、翼缘宽厚比和卷边高厚比等因素对构件承载力的影响规律。结合有限元分析结果,基于轴压构件和纯弯构件的直接强度法公式,提出了冷弯薄壁型钢绕强轴偏压构件的极限承载力计算方法。     

外伸翼缘加劲钢箱形压弯构件屈曲特性试验

为了研究Q500qE高性能钢外伸翼缘薄壁加劲箱形压弯构件的稳定特性,开展3个Q500qE和1个Q345B的构件模型试验,分析试验构件的荷载-位移曲线、整体和局部屈曲形态.整体屈曲试验结果表明,采用Q500qE高性能钢和设置外伸翼缘可以有效提高薄壁箱形压弯构件极限承载力且能够改善构件整体稳定特性.局部屈曲试验表明,外伸翼缘宽厚比对平面外局部屈曲半波数和局部变位影响较大,故需要根据现有规范中的宽厚比限值要求限制外伸翼缘板局部屈曲.对于构件的极限承载力和屈曲形态,试验结果与弹塑性数值分析结果吻合较好.分别采用允许应力法和极限状态法对Q500qE构件进行稳定验算,与试验结果进行比较,表明现有规范中的相关验算公式适用于验算此类压弯构件.     

考虑腹板屈曲后强度时钢梁刚度计算

利用腹板屈曲后强度设计的钢梁,达极限承载力状态时的截面刚度比梁全截面有效时的刚度小。本文使用有限元分析的方法,研究腹板高厚比和翼缘宽厚比对腹板屈曲后的梁截面刚度的影响。引入刚度修正系数来考虑梁截面刚度的减小,提出了简支梁有效截面惯性矩、刚度修正系数的计算公式和钢梁刚度的计算方法。     

Q550 GJ高强钢焊接H型截面残余应力试验研究

为了推动高强结构钢Q550GJ在我国钢结构工程中的应用,研究了Q550GJ高强钢焊接H型截面试件的残余应力分布规律.首先试验研究了Q550GJ钢材的力学性能,其屈服强度、抗拉强度和伸长率符合国家现行规范,屈强比小于0.85.然后设计和加工了7个Q550GJ高强结构钢焊接H型截面构件,采用分割法对其进行残余应力试验.研究了Q550GJ高强结构钢焊接H型截面构件的残余应力分布规律,分析了不同参数的影响.研究结果表明:翼缘中部和腹板两端近焊缝区域出现较大的残余拉应力,但没有达到钢材的屈服强度,且随着宽厚比的变化呈不规律变化;翼缘外伸部分中部和腹板中部都呈现基本恒定的残余压应力;残余压应力随着板件宽厚比的提高而相应减小;其余部位是从残余拉应力到残余压应力转变的过渡区域.     

高强Q690钢柱高温下轴心受压局部稳定设计方法

局部屈曲是钢结构构件的一种破坏模式,钢结构发生局部屈曲破坏时,屈曲应力小于钢材的屈服强度。为了研究高温下高强Q690钢柱的局部稳定性能,采用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,模型采用其他学者完成的Q460钢柱轴心受压局部屈曲试验进行验证,考虑宽厚比、温度、初始缺陷、残余应力和翼缘与腹板之间相互作用的影响,对高强Q690钢柱进行参数分析。研究结果表明：宽厚比对局部屈曲有显著影响,宽厚比的增大导致试件极限承载力的降低;初始缺陷和残余应力对局部屈曲应力有较大影响,且试件的极限承载力随着温度的升高而明显下降。基于有限元分析结果提出了适用于高强Q690钢柱高温下的局部稳定设计方法和宽厚比限值,并与GB 50017-2017、Eurocode 3和ANSI/AISC 360-10中的设计方法进行了比较。     

垂直于弱轴动载作用下H型钢构件损伤域的影响因素

为研究垂直于弱轴方向动载下H型钢构件损伤域高度的影响因素,运用有限元分析软件ABAQUS,分别建立了板壳模型、纤维模型和多尺度模型,证实了兼顾计算精度和计算效率的多尺度模型在预测钢结构板壳节段损伤域高度方面的适用性。开展了36组H型钢构件的有限元分析,揭示了轴压比、长细比、腹板高厚比及翼缘宽厚比4个相互独立参数对损伤域高度的影响规律,提出了H型钢构件损伤域高度的计算公式。研究结果表明:轴压比和长细比对H型钢构件损伤域高度有较大影响,而腹板高厚比和翼缘宽厚比影响较小。     

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。     

钢偏心压杆腹板的稳定分析

本文对截面部分进入塑性的钢偏压杆腹板的屈曲进行了研究。假定材料为理想弹塑性,选取典型截面与规范(T J 17—74)相同。首先分析了承受偏压,剪切组合荷载的周边简支薄板的弹塑性屈曲强度,提出了近似计算公式并与试验结果吻合。然后分析了工字形,箱形截面钢偏压杆极限荷载前腹板的塑性开展及受力状态。根据等稳原则计算了腹板宽厚比限值,提出了计算腹板宽厚比限值的简易方法。     

矩形钢管高强混凝土压弯构件的实验研究

为了分析长细比、偏心率及含钢率对矩形钢管高强混凝土压弯构件力学性能的影响,进行了8根矩形截面钢管高强混凝土单向偏压构件的试验研究。结果表明：构件承载力随长细比和偏心率的增如逐渐降低;提高构件的含钢率可以减小跨中挠度;当构件含钢率低于8％时,达到极限承载力之前将发生局部失稳,试验结果同设计规程ECA、LRFD、AIJ计算结果的对比表明,规程LRFD和AIJ的计算结果偏于保守,规程ECA的计算结果和试验结果较为接近。     

轴心压杆局部稳定试验研究

本文主要研究工字型截面轴心受压柱腹板和翼缘宽厚比的限值规定。进行了24根局部和整体屈曲试件的试验。根据试验结果,在板件临界应力中,分析了嵌固、残余应力等因素的影响。当应力超过比例极限后,采用了有效模量值。轴心受压柱整体屈曲应力,考虑初曲和残余应力的影响,对 TJ7—74设计规范公式作了修正。根据整体和局部屈曲等稳定条件,确定了腹板和翼缘的宽厚比限值,并表示为构件长细比的函数。文章还给出了简化的直线表达式,以便于实际设计应用。     

新型冷弯翼缘闭合组合构件压弯力学性能

目的 分析冷弯翼缘闭合截面(DHF1、DGF2)构件在压弯荷载作用下的力学性能.方法 采用非线性有限元数值方法,应用大型有限元通用程序ANsYs对新型截面构件的力学性能进行模拟.结果 分析了新型截面构件在压弯荷载作用下的屈曲模式、变形特征、承载力、刚度等方面力学性能,新型冷弯截面构件具有截面平均应力高、相关曲线饱满、构件刚度大、弯曲变形小,板件不易局部屈曲等方面力学性能优势,DHF1、DHF2构件的单位承载力耗钢量最低分别为同截面参数C形构件的46.0%和44.2%.结论 所提出的新型冷弯翼缘闭合构件相关曲线饱满,适宜承受压弯荷载,并且具有多方面优良的力学性能,可以深入研究并合理推广使用.     

钢结构弹塑性动力响应下多尺度模型板壳节段长度影响因素分析

以H型钢构件为研究对象,运用通用有限元软件ABAQUS,分析并对比板壳模型、纤维模型和多尺度模型在动荷载下的响应。结果表明:多尺度模型在保证计算精度的前提下,能迅速计算出钢构件的位移时程图,多尺度模型还能考虑局部屈曲对计算结果的影响。基于多尺度模型,进一步分析了轴压比、长细比、腹板高厚比、翼缘宽厚比对损伤域大小的影响,获得各参数对损伤域大小的影响规律。     

部分T型钢轴压杆件的腹板宽厚比限值研究

通过对部分T型钢局部屈曲相关性的分析,指出了规范中其腹板宽厚比限值过于保守,考虑了翼缘对腹板提供约束,在对规范GBJ17－88中的部分T型钢截面的计算结果上,提出了腹板宽厚比限值的计算公式,用于剖分T型钢轴心压杆设计。     

新型冷弯翼缘闭合组合构件轴压力学性能

为探讨进一步优化使用冷弯薄壁型钢材料,利用冷弯薄壁型钢截面成型灵活的特点,将既有的两类翼缘闭合截面形式经过合理变形,再经组合点焊形成两类新型截面形式——翼缘闭合组合截面DHF1、DHF2.采用ANSYS非线性有限元分析方法,针对新型截面轴压构件,建立了有效的分析模型,通过对构件的应力-应变关系曲线、参数变化时的极限应力变化曲线和应力、变形云图,全面考察了截面高度、截面宽度、板件厚度和闭合区高度比等参数对构件的变形模式、屈曲特征、承载力、极限应力等方面力学性能的影响规律.研究结果表明,新型截面轴压构件板件的局部屈曲不易出现,从而具有截面刚度大、承载能力强的特点,对于中、小长细比构件的极限应力常可达到材料的屈服强度,证明提出的冷弯翼缘闭合新型组合截面轴压构件具有较为优越的力学性能.     

新型冷弯翼缘闭合组合轴压构件力学性能研究

利用冷弯薄壁型钢截面成型灵活的特点,将既有的两类翼缘闭合截面形式经过合理变形,再经两两组合点焊形成两类新型截面形式——翼缘闭合组合截面DHF1、DHF2。采用ANSYS非线性有限元分析方法,针对新型截面轴压构件,建立了有效的分析模型,通过对构件的应力－应变关系曲线、参数变化时的极限应力变化曲线和应力、变形云图,全面考察了截面高度、截面宽度、板件厚度和闭合区高度比等参数对构件的变形模式、屈曲特征、承载力、极限应力等方面力学性能的影响规律。研究结果表明,新型截面轴压构件板件的局部屈曲不易出现,从而具有截面刚度大、承载能力强的特点,对于中、小长细比构件的极限应力常可达到材料的屈服强度,证明提出的冷弯翼缘闭合新型组合截面轴压构件具有较为优越的力学性能,可以深入试验研究并合理推广使用。     

G550高强冷弯薄壁槽钢受弯构件力学性能与设计方法

为了研究高强冷弯薄壁槽钢受弯构件的力学性能和设计方法,对3种板件加劲形式的G550高强冷弯薄壁型钢槽形截面受弯构件进行了试验研究和有限元参数分析。结果表明,板件加劲形式对高强冷弯薄壁槽钢受弯构件屈曲模式和受弯承载力有显著影响,翼缘V形加劲比腹板V形加劲能够更有效地提高构件抗弯承载力,构件抗弯承载力的变化规律与屈曲模式有关。根据有限元参数分析结果,在已有直接强度法基础上回归出适用于高强冷弯薄壁槽钢受弯构件的直接强度法修正公式。     

新型波形钢腹板支架结构及力学性能分析

提出一种适用于软岩隧道(巷道)中的新型波形腹板金属支架结构.波形腹板工型构件由波形钢腹板与平翼缘钢板焊接而成.这种结构加工制作简单、施工快捷、能较好地适应软岩大变形、力学性能良好.以马蹄形断面的支架为例,分析了波形腹板支架结构的弹性屈曲性能,讨论了构件截面各参数变化对其弹性屈曲荷载的影响.结果表明:波形腹板的波幅、波高对结构屈曲荷载的影响不大,而腹板高度和翼缘宽度等参数对其影响较显著.通过对波形腹板工型构件、U型钢和矿用工字钢构件稳定承载力的比较表明,波形腹板构件的轴压稳定承载力较高,用钢量较省,具有良好的经济效益.     

马蹄形断面波形钢腹板支架稳定承载性能研究

为了研究波形钢腹板支架结构在围岩压力作用下的平面内稳定性能,设计了马蹄形断面波形钢腹板支架的模型试验,分析了支架的稳定承载力、位移与应变发展规律。试验结果表明：支架的最终破坏形态为整体非对称失稳,支架两侧向外变形产生水平位移,右侧水平位移明显大于左侧水平位移;极限荷载时,仅拱顶翼缘和角部腹板进入了塑性阶段。支架的试验结果与有限元分析结果吻合良好,验证了有限元模型的正确性。在此基础上,对波形钢腹板支架的弹塑性屈曲性能进行了有限元参数分析,表明波形钢腹板支架对初始缺陷并不敏感,而腹板高度、腹板厚度及翼缘厚度是弹塑性稳定承载力的敏感参数,影响较大。长细比较小时,对称失稳和反对称失稳均可能发生;长细比较大时,支架会发展反对称失稳;支架的弹塑性屈曲荷载随长细比的增大而降低。有限元计算结果表明,相同边界条件和荷载情况下,波形钢腹板支架的极限稳定承载力是用钢量相同的矿用工字钢支架的2倍以上。     

腹板开孔冷弯薄壁钢轴压构件畸变屈曲承载力试验研究

对26根屈服强度235MPa腹板开圆孔冷弯薄壁型卷边槽钢截面轴压构件进行畸变屈曲承载力试验研究,分析了构件屈曲模式和极限承载力,采用国家规范GB50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》计算构件承载力、非线性有限元数值模拟结果与试验结果进行分析比较。在此基础上,对腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件的承载力合理计算模式进行研究。结果表明,对于中等长度腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件主要出现畸变屈曲模式;腹板开孔在对构件畸变屈曲稳定承载力有一定的降低作用,采用折减构件有效截面面积的方法可计算开孔构件的畸变屈曲稳定承载力。