均布与局部轴压作用下薄壁钢筒仓屈曲性能研究

均布与局部轴压共同作用下钢筒仓屈曲性能与仅均布轴压作用筒仓的屈曲性能有显著区别。采用有限元非线性屈曲分析方法,考虑环向焊缝几何缺陷,对均布与局部轴压作用下钢筒仓的屈曲性能进行了研究。分析参数包括均布轴压比、局部轴压分布角、仓体径厚比、缺陷幅值等。研究表明,局部轴压屈曲承载力随均布轴压比、缺陷幅值、局部轴压力分布角和径厚比的增加而降低。在有限元参数分析的基础上,提出了考虑均布轴压力影响的局部轴压临界屈曲应力计算公式,该计算公式与有限元分析结果基本吻合。     

考虑内压影响的薄壁钢板筒仓屈曲承载力研究

一定程度的内压会降低薄壁钢板筒仓对缺陷的敏感性,提高其弹性屈曲承载力;但内压过高时,筒仓会出现弹塑性强度破坏或弹塑性屈曲破坏,其承载力反而降低。我国现有《粮食钢板筒仓设计规范》（GB50322-2011）给出了考虑内压影响的屈曲承载力计算公式,但该公式只适用于计算内压较低时筒仓的弹性屈曲应力,对高内压下筒仓弹塑性破坏时采用该公式将得到不安全的结果。采用有限元方法对轴压和水平内压作用下有初始缺陷的筒仓进行了参数分析,分别讨论了内压大小、材料强度和径厚比等对筒仓屈曲应力的影响,提出了筒仓在轴压和均匀内压作用下的弹性屈曲应力和弹塑性屈曲应力计算公式,并对《粮食钢板筒仓设计规范》公式进行了修正。经验证,该计算公式与有限元分析结果基本吻合。     

内压与局部轴压共同作用下钢筒仓屈曲性能研究(Ⅰ):参数分析

采用有限元方法研究了内压与局部轴压共同作用下钢筒仓的屈曲性能。研究的参数包括内压、局部轴压分布角及钢筒仓径厚比等。考察了各参数对筒仓屈曲模态、屈曲时对应的仓底反力、加载边中点下方仓壁的径向位移和环向应力等的影响。局部荷载作用下,仓壁的屈曲变形集中在仓壁局部。仓壁内将形成压力拱承受该局部轴压,且仓底局部范围内的反力为拉力。内压减小仓壁的屈曲变形。同时由于局部轴压作用下沿筒仓高度方向上仓壁的变形呈波浪状,仓壁内的环向应力沿高度方向相应呈波浪状变化。     

局部轴压下薄壁钢筒仓屈曲承载力研究

采用有限元分析方法,对局部轴压下钢筒仓的屈曲模态和屈曲承载力进行了研究,考虑的缺陷类型为焊缝缺陷,采用的分析方法包括弹性屈曲分析和弹性几何非线性分析.分析结果表明:钢筒仓屈曲承载力对环向焊缝缺陷位置十分敏感;钢筒仓的屈曲承载力随荷载分布角的增大而减小,随缺陷幅值的增大而减小.在有限元参数分析的基础上,提出了筒仓在局部轴压作用下的临界屈曲应力计算公式,公式计算结果与有限元分析结果基本吻合.     

轴压和均匀内压下钢筒仓圆柱壳屈曲承载力研究

我国的《粮食钢板筒仓设计规范》对仓壁的稳定承载力计算方面的相关规定并不完善。本文以钢筒仓仓壁的圆柱壳体为研究对象,引入了四种常见的初始缺陷模式,对轴压和均匀内压下钢筒仓仓壁的弹性和弹塑性屈曲承载力进行了深入的参数化有限元分析,研究了各种缺陷模式对仓壁壳体屈曲承载力的影响,以及均匀内压对仓壁弹塑性屈曲承载力的提高程度。在有限元分析结果的基础上,结合中国规范的相关公式,拟合出轴压和均匀内压下钢筒仓仓壁的弹塑性屈曲承载力的计算公式。     

轴压和不均匀内压下钢筒仓圆柱壳屈曲承载力研究

我国的《粮食钢板筒仓设计规范》(GB50322-2001)对仓壁的稳定承载力计算方面的相关规定并不完善。本文以钢筒仓仓壁的圆柱壳体为研究对象,引入了四种常见的初始缺陷模式,对轴压和不均匀内压下钢筒仓仓壁的弹性和弹塑性屈曲承载力进行了参数化有限元分析,研究了各种缺陷模式及非均匀内压分布形式对仓壁壳体屈曲承载力的影响。在有限元分析结果的基础上,结合中国规范的相关公式,拟合出轴压和非均匀内压下钢筒仓仓壁的弹性及弹塑性屈曲承载力的计算公式。     

残余应力对局部轴压焊接圆柱壳承载力的影响

焊接钢圆柱薄壳广泛应用于钢筒仓和钢油罐结构中,屈曲通常是该结构的设计控制条件,圆柱薄壳的屈曲在大多数荷载工况下对焊接几何缺陷十分敏感.现有研究标明,焊接残余应力可少量提高均匀轴压圆柱壳的稳定承载力,但对于局部轴压荷载下圆柱薄壳中残余应力的效应,相关的研究很少.采用施加收缩应变法,建立了分别考虑焊接几何缺陷以及考虑或不考虑焊接残余应力焊接圆柱薄壳的数值分析模型,研究了含有周向焊缝、竖向焊缝以及砌砖式焊缝(patterned welds)的局部轴压焊接圆柱壳屈曲行为,通过比较考虑/不考虑残余应力圆柱薄壳的计算结果,得到残余应力对局部轴压圆柱壳承载力的影响.     

剖分T型钢压杆的弯扭屈曲试验研究

《钢结构设计规范》(GB50017—2003)提出对单轴对称截面钢压杆的弯扭屈曲需做单独验算。本文通过27根剖分T型钢压杆的试验,并借助有限元分析软件对剖分T型钢压杆的弯扭屈曲进行了几何非线性及材料非线性的有限元分析,分析时考虑了残余应力、几何缺陷的不利影响,在此基础上对规范(GB50017—2003)计算值、本文试验值、有限元计算值做了分析比较。研究结果表明规范(GB50017—2003)中单轴对称截面压杆的弯扭屈曲计算公式是安全可靠的。     

储煤钢筒仓应力状态分析和强度设计初探

在分析国内外钢筒仓强度设计公式的基础上,通过求解圆柱壳在均匀轴压和内压作用下的微分方程,分析局部弯曲效应对钢筒仓变形和应力状态的影响.根据大量的参数分析,给出仓壁最大等效Mises应力计算公式.数值计算表明,形式简单的拟合公式具有良好的精度,为设计人员进行钢筒仓强度设计提供了参考.     

局部压力下薄壁钢筒仓屈曲性能研究

局部压力作用下筒仓的屈曲性能与均布压力作用下的筒仓屈曲性能有很大区别,但目前对于局部压力作用下钢筒仓稳定性能的研究却十分有限。采用有限元的Buckle分析方法和Riks分析方法,对局部轴压下钢筒仓的屈曲模态和屈曲承载力进行了研究。研究表明:钢筒仓屈曲承载力对环向焊缝缺陷的最不利位置及荷载分布角十分敏感;钢筒仓的屈曲承载力随荷载分布角的增大而减小,随缺陷幅值的增大而减小。     

卷边槽钢压杆考虑板组约束作用的屈曲系数

卷边槽钢压杆的局部屈曲具有相关性。《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)提出适用于各种不同截面的板组约束系数的统一计算公式来考虑这种相关性。但由于板组组成的多样性,其是否合理,有待于进一步研究。借助ANSYS有限元分析软件,对卷边槽钢压杆局部屈曲进行分析,得到考虑板组约束作用的屈曲系数,并和国内外规范进行比较。结果表明,计算结果和英国规范吻合较好,我国规范偏于安全较多。借鉴英国规范的形式,给出考虑板组约束作用的屈曲系数的计算公式,这些公式可供进一步修订规范时参考。     

钢结构的局部屈曲性能

考虑了单元间相互作用,提出热轧钢结构局部弹性屈曲应力的解析式,将局部屈曲分析结果与美国AISC钢结构规范中确定局部允许长细比时的内在假定进行对比。采用有线条法确定横截面局部屈曲应力。分析了AISC构件数据库中(不含管)每个截面在轴压下及绕主、次轴正、负弯曲时的局部稳定性。将求局部屈曲应力转化为计算平面屈曲系数k,给出了k的简化公式。新公式明确考虑了构件腹板-翼缘的弹性相互作用。结果表明:有线条法计算的k值与AISC规范中的假定明显不同。     

四角钢组合约束型防屈曲支撑的轴压试验研究

四角钢组合约束型防屈曲支撑具有轻量化及装配化等特点,其组成特点是采用高强度螺栓把4个外围约束角钢连接成整体,形成对内核构件的整体约束作用。该类防屈曲支撑受轴压荷载作用时,4个外围约束角钢之间以及内核与外围约束构件之间存在复杂的相互作用,外围约束构件受力状态复杂。文中进行了5根四角钢组合约束型防屈曲支撑在轴压循环荷载作用下的试验研究,考察其受力性能与破坏机理、轴压承载力与骨架曲线以及约束比参数对它们的影响。对试验试件建立精细化有限元模型（螺栓单元与接触单元）,模拟分析其加载过程的应力与变形发展历程。通过对比各试件的试验实测结果、理论计算结果与精细有限元模拟分析结果,表明有限元分析结果可偏于安全地预测试件的实际受力状态|如果计入内核端部附加偏心距的影响,理论设计公式可用于这类防屈曲构件的承载力设计,具有较高的可靠性。     

剖分T型钢压杆腹板局部屈曲及高厚比限值

《钢结构设计规范》(GB5 0 0 1 7— 2 0 0 3 )放宽了热轧剖分T型钢压杆腹板高厚比限值 ,促进了剖分T型钢的推广使用。对剖分T型钢压杆腹板局部屈曲进行了理论分析、试验研究及非线性有限元计算。在试验及分析结果的基础上 ,提出了腹板高厚比限值简化计算公式并对规范公式进行了验证。     

异形截面铝合金轴压构件承载力及局部屈曲研究

使用ABAQUS得到异形截面铝合金构件的承载力,发现我国的铝合金结构设计规范GB 50429—2007和欧洲铝合金结构设计规范Eurocode 9对该类截面铝合金轴压构件承载力的计算结果相对保守。原因在于2个规范都采用有效厚度法考虑板件局部屈曲的影响,但并不能准确反映局部屈曲程度。使用ABAQUS针对不同宽厚比的箱型截面和工字型截面铝合金轴压构件进行参数分析,在中国规范的基础上给出了建议的有效厚度折减公式,并验证了建议公式对异形截面铝合金构件的适用性。     

焊接T形截面轴心压杆的弯扭屈曲

《钢结构设计规范》(GB50017-2003)提出采用换算长细比法对单轴对称截面绕对称轴失稳按弯扭屈曲计算,该方法是否合理,各文献看法不一。借助有限元分析软件对焊接T形截面压杆的弯扭屈曲进行了几何非线性与物理非线性分析,考虑残余应力和几何缺陷的影响,并与“规范”(GB50017-2003)计算结果相比较。结果表明:规范值和文中计算结果吻合较好,规范是合理的、安全的、经济的。     

热轧H型钢组合柱轴压承载性能研究

热轧H型钢组合柱是由热轧H型钢与钢板焊接拼合而成,并在内部灌注混凝土形成钢-混凝土组合截面构件。为研究热轧H型钢组合柱的轴压承载性能,完成了3个热扎H型钢组合短柱轴压试验,得到了试件在轴压荷载下的破坏形态、荷载-位移关系曲线和荷载-应变关系曲线等。建立了经试验验证的精细化有限元模型,并以钢材强度、混凝土强度和长细比为关键参数进行分析。研究结果表明:热轧H型钢组合柱的延性很好,但是试件端部H型钢外伸翼缘由于约束较弱,所以轴压荷载作用下先行屈曲;试件截面中部腹板拼接焊缝处钢板的宽厚比较大,易出现局部稳定问题;采用的有限元模型可准确模拟试件在轴压荷载下的破坏形态、荷载-位移关系等。在混凝土强度等级C20~C90、钢材强度等级Q235~Q420范围内,基于试验和有限元分析结果,提出钢-混凝土组合构件的轴压短柱承载力和中长柱的稳定承载力计算公式,公式计算结果与试验值及有限元分析值吻合较好。     

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。     

卷边槽钢开孔轴压构件弹性屈曲荷载

采用理论和有限元方法分析腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件弹性整体弯曲失稳、弹性畸变屈曲以及弹性局部屈曲的受力性能以及屈曲荷载。在理论分析的基础上提出了计算腹板开孔卷边槽形截面构件弹性整体弯曲失稳、弹性畸变屈曲以及弹性局部屈曲荷载的近似简化方法,简化方法计算结果与有限元分析结果对比表现出较高的精度,表明建议弹性屈曲荷载计算方法可用于开孔构件整体稳定承载力以及屈曲稳定系数的计算,能够代替复杂的有限元方法进行开孔构件弹性屈曲荷载的简化计算,易于用于工程设计。     

考虑局部屈曲的矩形钢管混凝土轴压承载力计算方法

基于已有的试验研究与理论分析,给出了矩形钢管混凝土中钢管不出现局部屈曲时的最大宽厚比限值,同时提出大宽厚比下矩形钢管混凝土中考虑钢管屈曲的承载力计算方法。通过回归分析给出了矩形钢管混凝土轴压短柱、轴压中长柱的承载力简化计算公式,简化计算结果和大量试验结果进行对比,用试验结果验证了简化计算结果的正确性。同时,采用CECS、DBJ、EC4、LFRD及AIJ规程计算了矩形钢管混凝土承载力并和试验结果进行对比,对比结果表明:欧洲EC4规程、DBJ规程及简化计算结果与试验结果较为接近,所提出的简化计算公式不仅适用于普通宽厚比下矩形钢管混凝土承载力计算,且适用于大宽厚比下考虑局部屈曲时承载力计算,实现了普通壁厚和薄壁矩形钢管混凝土承载力计算公式的统一。