高强钢管轴压构件整体稳定性承载力的试验研究

通过对18根Q690焊接钢管轴心受压构件的整体稳定性试验,研究不同长细比高强钢管的稳定性承载力。在试验的基础上,采用逆算单元长度法编制高强钢管轴心受压构件稳定性分析程序,并提出了高强钢轴心受压构件稳定系数计算式。数值计算结果与试验及按GB 50017—2003《钢结构设计规范》推荐曲线的对比分析表明,所得到的高强钢管稳定系数-长细比曲线分布合理,可用于高强钢轴心受压构件的稳定设计。     

轴心受压焊接H形钢短柱高温下局部稳定性能试验研究

为了研究Q235和Q460轴心受压焊接H形钢短柱高温下的局部稳定性能,采用恒温加载方式分别对6个Q235和6个Q460轴心受压焊接H形钢短柱试件进行常温和高温下的局部稳定性能试验,得到了常温和450、650℃下试件的翼缘和腹板局部稳定破坏形态,根据极限应变法和曲线拐点法确定试件在常温和高温下的临界荷载。采用我国现行《钢结构设计规范》和已有文献中关于局部稳定的计算方法计算试件的局部稳定临界应力,并和试验结果进行对比。研究表明：试件在高温下和常温下的破坏形态基本相同;与常温下局部屈曲承载力相比,高温下Q460高强钢试件的局部屈曲承载力较Q235普通钢试件下降幅度大;采用规范公式计算高温下焊接H形钢短柱翼缘和腹板的局部稳定临界应力与试验结果差别较大。     

高温下轴心受压高强Q690钢柱的局部稳定

现行《建筑钢结构防火技术规范》(GB 51249-2017)未给出火灾下钢结构的局部稳定设计方法,为了获得轴心受压焊接H形高强Q690钢柱高温下的局部稳定性能,考虑钢材高温下力学性能退化、截面高温下焊接残余应力降低及初始几何缺陷,采用ABAQUS软件建立经试验验证的高温局部稳定分析有限元模型,得到焊接H形高强Q690钢...     

Q690高强钢梁火灾后承载性能研究

为探究Q690高强钢梁火灾后的破坏模式和承载性能,对6根经历650℃高温加载后自然冷却的Q690高强钢梁进行了试验研究.试验结果表明,残余变形对火灾后Q690钢梁的破坏模式和极限承载力均有显著影响;Q690高强钢加热到650℃后自然冷却,其材料性能几乎无变化,仅屈服强度略有降低.在试验的基础上,建立有限元模型并完成校准,进行大规模参数分析,拟合得到火灾后高强钢梁的整体失稳承载力计算公式.拟合公式与规范计算结果和试验数据的对比表明,提出的公式具有足够的精度、合理性和安全性.     

变电构架中Q235～Q420牌号角钢和钢管适用性分析

为研究不同牌号角钢和钢管在变电构架中的适用范围,应用有关规范对Q235～Q420轴心受压角钢和钢管、单向偏心受压钢管以及纯弯钢管的承载力比值进行了大量计算分析.结果表明:相对于一般规格轴心受压Q235角钢和钢管,Q345,Q390,Q420钢材的长细比经济适用范围分别为λ≤100,λ≤110和λ≤120;相对于一般规格轴心受压Q345角钢和钢管,Q390和Q420钢材的长细比经济适用范围分别为λ≤40和λ≤70;高强钢应用于单向压弯钢管和纯弯钢管时,其经济性能将得以充分发挥.     

Q690高强钢焊接箱形轴压构件整体稳定研究及设计建议

为研究Q690高强钢焊接箱形轴心受压构件的整体稳定性能,给出适合该类构件的设计建议,通过对3根Q690焊接箱形截面试件的残余应力试验,得到了箱形截面的残余应力分布模型。设计并制作了5根Q690焊接箱形柱,并对其两端铰支条件下进行了轴压试验研究,试验前分别对试件的几何初始缺陷和初始偏心均进行了测量。轴压试验中,所有试件破坏形式均为整体失稳破坏。基于试验结果,分析了该试件的整体稳定性能,采用直接分析法建立了数值模型,并校验了数值模型的准确性。同时,采用该数值模型对箱形轴压构件进行了参数分析,基于试验和参数分析结果,给出了Q690焊接箱形轴压构件的一阶弹性设计建议。     

高强Q690钢柱高温下轴心受压局部稳定设计方法（英文）

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GB50017-2017、Eurocode 3和ANSI/AISC 360-10中的设计方法进行了比较。     

Q460高强钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定性能研究

为研究高强度钢材轴心受压钢柱的整体稳定性能,对5个国产Q460钢材焊接箱形截面柱进行了轴心受压试验研究。试验对试件的几何初弯曲、荷载初偏心以及截面的纵向残余应力分布均进行了测量。基于试验结果,分析了该类钢柱的失稳破坏形态和整体稳定承载力,建立了有限元分析模型并对试验结果进行模拟计算。研究结果表明：试件破坏模态均为整体弯曲失稳形态,大部分试件稳定承载力高于规范设计值;有限元分析模型能够准确地考虑几何初始缺陷和残余应力的影响,计算结果与试验结果吻合良好;通过与国内外钢结构设计规范的对比,提出了国产Q460高强钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定设计的建议方法,即可以统一采用我国或欧洲规范的b类曲线进行设计,而不需要按板件宽厚比大小进行分类。     

钢管高强混凝土剪力墙轴压承载力研究

为研究钢管高强混凝土剪力墙的轴压承载力,进一步了解钢管间混凝土的体积配箍率对其轴压承载力和变形的影响,完成了18个钢管高强混凝土剪力墙试件的轴压试验,研究了试件轴心受压的破坏形态、受力机制、承载力及变形能力。试验结果表明:随着钢管间混凝土体积配箍率的提高,混凝土的受压极限应变提高,钢管对管中混凝土的套箍效应得到更好的发挥,使试件的承载力和变形能力相应提高。采用有限元软件ABAQUS对钢管高强混凝土剪力墙轴压性能进行非线性分析,结果与试验结果相符。根据对试验结果的统计分析和有限元分析的结果,提出了钢管高强混凝土剪力墙轴心受压承载力计算式,计算结果与试验结果吻合较好。     

高强钢管的极限承载力研究

按照逆算单元长度法的原理编程计算了不同规格的Q420、Q460高强钢管轴压构件的稳定系数。通过与现行规范的柱子曲线、试验及有限元分析结果对比表明,现行规范b类曲线适用于高强钢管的设计,但采用长细比小于40且D/t≥55的Q420高强钢管时,应对钢材强度进行一定的折减后方可用于设计。     

Q460高强钢焊接箱形柱轴心受压力学性能数值分析

为了解国产Q460高强钢焊接箱形柱轴心受压的力学性能,以数值积分法和有限单元法对7个已有焊接箱形柱轴心受压试验进行数值分析。试件宽厚比为8～12,长细比为35～70。数值模型中考虑了实测的初始挠度、初始偏心及简化的残余应力分布模型。分析预测Q460高强钢焊接箱形柱轴心受压的极限承载力和荷载-挠度曲线。数值积分法分析结果与有限元分析结果吻合。为验证数值分析的准确性,将预测结果与已有试验结果进行对比发现,考虑残余应力、初始偏心、初始挠度的数值积分法与有限元分析可以准确地预测Q460钢焊接箱形柱受压力学行为。通过对比采用简化残余应力分布模型与采用实测残余应力分布模型的有限元分析结果,验证简化残余应力分布模型的准确性。     

Q460高强钢焊接H形柱轴心受压力学性能数值分析

为了考察国产Q460高强钢焊接H形柱的轴心受压力学性能,对6个已有焊接H形柱的轴心受压试验进行了数值分析。数值分析采用作者编制的数值积分法电算程序和通用有限元软件ANSYS。以考虑了实测初始挠度、初始偏心及简化残余应力分布的数值模型,计算Q460高强钢焊接H形柱轴心受压的极限承载力与荷载-挠度曲线。发现数值积分法与有限单元法所计算试件的荷载-挠度曲线基本重合。为了验证数值模型的准确性,将数值分析结果与已有试验结果进行对比;并通过对比简化残余应力分布模型与实测残余应力分布对试件极限承载力、荷载-挠度曲线的影响,检验简化残余应力分布模型的准确性。结果表明:考虑了初始几何缺陷及简化残余应力模型的数值积分法与有限单元法均可较为准确地预测Q460钢焊接H形柱的受压力学行为。采用简化残余应力模型预测Q460钢焊接H形柱极限承载力较实测残余应力分布偏保守。     

高强H形钢混凝土组合柱偏心受压性能试验研究

为研究高强H形钢混凝土组合柱的偏心受压性能以及验证采用国内外相关规范计算此类构件承载力的可行性,进行了1∶3缩尺的10根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与2根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱的偏心受压试验,研究型钢钢材牌号、相对偏心距、含钢率与箍筋间距对组合柱偏压承载力与延性的影响。研究结果表明：当型钢钢材牌号由Q235提升至Q460、Q690时,组合柱的承载力和延性均有明显提升,型钢钢材牌号为Q690的组合柱承载力提高幅度略高于Q460的,其位移延性系数提高幅度明显高于Q460的;增大相对偏心距和含钢率可显著提升高强H形钢混凝土组合柱的延性;较小箍筋间距有利于充分发挥Q690高强H形钢的材料性能。将试验结果与按我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、欧洲EN 1994-1-1:2004以及美国ANSI/AISC360-16得到的型钢组合柱偏压承载力计算结果进行对比。结果表明,按EN 1994-1-1:2004、ANSI/AISC360-16得到的高强H形钢组合柱偏压承载力计算结果与试验结果相差较大,总体上偏于保守;按JGJ 138—2016的计算结果与试验结果...     

高强H形钢混凝土组合柱轴压性能研究

为研究高强H形钢混凝土组合柱的轴心受压性能以及探究国内外现行规范对此类构件承载力计算方法的适用性,对12根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱及3根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱进行轴压试验,研究钢材强度等级、含钢率、长细比和配箍率等参数对构件承载力的影响。试验结果表明：内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与内置Q235普通H形钢混凝土组合柱相比,承载力最大提高幅度分别为19.6%和35.8%;高强H形钢含钢率的提升能显著提高组合柱的承载力;当组合柱长细比在23.0~45.9范围变化时,其对承载力影响不明显;提高配箍率对内置Q690的H形钢混凝土组合柱承载力的提高幅度高于内置Q460的H形钢混凝土组合柱。将试验结果与我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、美国ANSI/AISC 360-16和欧洲EN1994-1-1:2004中的H形钢混凝土组合柱轴压承载力公式计算值进行对比可得,各国规范的计算值均偏于保守,JGJ 138—2016的计算值与试验结果最为接近。考虑箍筋对混凝土的约束效应,对JGJ 138—2016的组合柱轴压承载力计算公式进行修正,修正公式所得承载力计算结果与试验结果误差降低至10%以内。基于约束效应建立组合柱有限元模型,考虑约束效应的承载力有限元模拟结果与试验结果吻合良好,误差在5%以内。     

Q690高强钢疲劳损伤后力学性能试验研究

服役结构材料疲劳损伤后的残余力学性能对结构可靠性的评估有着至关重要的作用。为此,对Q690高强钢经不同疲劳损伤后的残余力学性能进行了试验研究。根据Q690高强钢在不同疲劳荷载作用下的疲劳寿命,设定了3级疲劳荷载和9组损伤振动次数,并将Q690高强钢试件在各疲劳荷载下进行不同次数的预损伤疲劳振动。然后,对这些具有不同疲劳损伤的试件进行静力拉伸试验,观察试件的断裂模式并获得应力-应变曲线,对比分析具有不同疲劳损伤试件的屈服强度、抗拉强度和伸长率等力学性参数的变化规律。结果表明：Q690高强钢经疲劳损伤后的断口位置和截面形貌均发生明显变化;疲劳损伤后Q690高强钢在静力拉伸作用下的应力-应变关系曲线均无屈服平台,拉伸过程中出现位移不变、拉力突然减小的卸载现象,造成应力-应变关系曲线出现振荡;Q690高强钢的弹性模量受疲劳损伤影响相对较小,但是屈服强度、抗拉强度、伸长率、屈服应变和极限应变却随疲劳损伤增加而减小。根据试验结果,建立了Q690高强钢力学性能参数与疲劳损伤之间的拟合公式,利用该公式可对具有不同疲劳损伤的Q690高强钢结构的力学性能进行有效评估。     

960 MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定试验研究

针对960 MPa高强度钢材轴心受压构件的局部稳定性能,对4个箱形截面试件和4个工字形截面试件进行了轴心受压试验。分析了试件的局部稳定性能,并将试验结果与我国、美国和欧洲钢结构设计规范的相应设计计算结果进行了对比分析,研究各国规范对960 MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定性能设计计算的适用性。研究结果表明：当构件的板件宽厚比相同时,960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲后强度要大于460 MPa高强度钢材构件,960 MPa高强度钢材构件应考虑钢材的屈曲后强度;我国现行钢结构设计规范中关于轴心受压构件局部屈曲应力的计算结果不适用于960 MPa高强度钢材构件;在试验钢材板件宽厚比范围内,960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲承载力,采用美国规范和欧洲规范的设计计算结果较为准确。     

960 MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定试验研究

针对960 MPa高强度钢材轴心受压构件的局部稳定性能,对4个箱形截面试件和4个工字形截面试件进行了轴心受压试验。分析了试件的局部稳定性能,并将试验结果与我国、美国和欧洲钢结构设计规范的相应设计计算结果进行了对比分析,研究各国规范对960 MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定性能设计计算的适用性。研究结果表明:当构件的板件宽厚比相同时,960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲后强度要大于460 MPa高强度钢材构件,960 MPa高强度钢材构件应考虑钢材的屈曲后强度;我国现行钢结构设计规范中关于轴心受压构件局部屈曲应力的计算结果不适用于960 MPa高强度钢材构件;在试验钢材板件宽厚比范围内,960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲承载力,采用美国规范和欧洲规范的设计计算结果较为准确。     

钢管高强混凝土剪力墙轴心受压试验研究

提出一种钢-混凝土组合剪力墙,即钢管高强混凝土剪力墙。通过20个钢管高强混凝土剪力墙试件的轴心受压试验,分析其破坏形态和受力机理,研究管内外混凝土强度、截面钢管混凝土含量、纵筋配筋率、管间混凝土体积配箍率和高厚比等因素对钢管高强混凝土剪力墙轴心受压性能的影响。试验结果表明,弹性工作阶段钢管高强混凝土与外围钢筋混凝土能够协同变形、共同工作;由于钢管对高强混凝土的有效约束,管内可以采用高达C80～C100的高强混凝土,相对于普通混凝土剪力墙具有更高的轴心受压承载力;钢管高强混凝土剪力墙的轴压承载力是钢管间钢筋混凝土与钢管高强混凝土轴压承载力之和,钢管套箍效应的发挥程度与管间混凝土的体积配箍率相关;剪力墙在管外混凝土破坏后,仍能发挥较高且稳定的残余承载力。在试验研究的基础上,利用非线性有限元分析软件ABAQUS,建立剪力墙的力学模型并进行有限元仿真分析,并与试验结果进行对比。依据对试验结果的统计分析,提出了钢管高强混凝土剪力墙轴心受压承载力实用计算式,可供实际工程应用时参考。     

Q460高强钢管轴压承载力的试验研究

开展了Q460高强钢管的轴压承载力试验研究,研究了高强钢管的轴压稳定承载力特性、破坏模式及承载力计算理论,稳定承载力试验值和理论值的比较分析表明,我国《钢结构设计规范》的相关理论可以应用于Q460高强钢管的稳定承载力计算。     

国产Q460高强钢焊接T形截面轴心压杆整体稳定承载力研究

为了研究国产Q460高强钢焊接T形截面轴心压杆的整体稳定承载力,用厚度为8mm和12mm的国产Q460高强度钢板制作了3根焊接T形截面试件进行轴心受压试验。基于实测的钢材力学性能、截面残余应力和试件几何尺寸,建立考虑了初始几何缺陷和力学缺陷的有限元模型,分析预测试件的极限承载力,并将有限元结果与试验结果进行对比,验证有限元分析方法的正确性。利用经试验验证的有限元分析方法,补充计算了24根不同长细比压杆的整体稳定极限承载力,将相应的整体稳定系数与《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)中的柱子稳定系数曲线进行比较。研究表明,国产Q460高强钢焊接T形截面轴心压杆的整体失稳形式为绕对称轴的弯扭失稳,失稳时压杆进入了弹塑性变形阶段,在设计过程中选取b类截面柱子曲线对其进行计算是安全可靠的。