高强钢焊接箱形截面压弯构件局部稳定试验研究

为研究高强钢压弯构件的局部稳定性能，对5个Q460C和5个Q690D钢焊接箱形截面构件进行了单向偏压试验，分析了其破坏形式、局部稳定性能以及承载力；将实测承载力与欧洲规范EN 1993-1、我国标准GB 50017—2017和美国规范ANSI/AISC 360-16相关公式计算结果相比较，以验证各规范对Q460C钢和Q690D钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度计算的适用性。研究结果表明：所有高强钢焊接箱形截面压弯构件均在柱中附近发生局部屈曲破坏；由轴向压力-轴向压缩变形或轴向压力-水平位移曲线可知，其为极值点失稳；构件的轴向压力-水平位移或轴向压力-应变曲线的形状和局部屈曲模式有关；在翼缘宽厚比为28.1～56.3、腹板高厚比为40.2～80.4、偏心距为20～50 mm范围之内，EN 1993-1和GB 50017—2017中的屈曲后强度计算公式仍然适用于Q460C和Q690D钢焊接箱形截面压弯构件，而ANSI/AISC 360-16中的相关公式需要进一步修正。     

高强钢焊接箱形截面双向压弯构件屈曲后强度设计方法研究

相比于《钢结构设计规范》(GB 50017—2003),《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)取得了较大的进步,允许板件先于构件发生屈曲,并利用了板件屈曲后强度。GB 50017—2017对轴心受压构件、受弯构件和单向压弯构件均给出了屈曲后强度计算公式,但对双向压弯构件却未给出计算公式。分析了已有的高强钢压弯构件屈曲后强度计算方法,基于GB 50017—2017中的压弯构件稳定承载力计算公式,提出了双向压弯构件屈曲后强度计算公式,收集已有高强钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度的试验和有限元结果以验证公式的有效性。研究结果表明,提出的计算公式能在大部分构件长细比和板件宽厚比范围内偏于保守地预测名义屈服强度为460 MPa和690 MPa的高强钢焊接箱形截面双向压弯构件的屈曲后强度。     

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e_y=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高强钢焊接箱形压弯构件极限承载力试验研究

为研究Q460高强钢中厚板焊接箱形压弯构件的整体失稳极限承载力,采用11mm厚国产Q460高强钢中厚板制作7个焊接箱形压弯试件,试件截面宽厚比分别为18、12、8,长细比分别为35、55、80。试验内容包括:Q460低合金高强钢的材性试验,三种焊接截面残余应力测试,各试件初始几何缺陷测量及极限承载力试验,从而进行了面内整体失稳压弯构件的极限承载力试验研究;并且把试验结果与我国现行钢结构设计规范计算值相比较。试验研究结果表明:Q460低合金高强钢材性具有高强度,塑性性能良好等特点;Q460高强钢焊接箱形截面残余应力分布形式与普通钢材箱形焊接截面分布基本相同,但是残余应力比降低;压弯构件极限承载力试验结果明显高于现行钢结构规范设计公式计算值,所以应对Q460高强钢焊接箱形压弯构件进行近一步参数分析研究,并得出其实用设计方法。     

高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件的稳定承载力

采用ANSYS软件建立有限元模型分析了Q460钢焊接薄壁箱形截面双向弯曲压弯构件的极限承载力。分析中考虑几何缺陷和材料缺陷,以及几何非线性和材料非线性的影响。同时,研究了构件长细比和板件宽厚比对极限承载力的影响;探明构件达到极限承载力时真实的应力分布状态;提出了采用毛截面计算其承载力的简单计算公式;收集可获得的试验结果以验证提出的计算公式。研究表明,建立的有限元模型能够很好地模拟焊接箱形截面双向偏心压弯构件的局部-整体相关屈曲性能;在大部分情况下,无量纲极限承载力与构件长细比和板件宽厚比近似为线性关系;构件达到极限承载力时还处于弹性阶段;轴力和双向弯矩之间的相关曲线也近似为线性;引入屈服强度修正系数后,基于线性相关关系的计算公式能够很好地预测Q460钢薄壁双向压弯构件的极限承载力;该公式还可推广到普通钢构件和更高强度的钢构件。     

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。     

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.     

高强钢薄壁箱形截面压弯构件极限承载力研究

利用数值模拟方法分析了18Mn2Cr Mo BA高强钢薄壁箱形截面(由槽形钢板对焊而成)压弯构件的极限承载力,研究了长细比、翼缘宽厚比、截面边长比3个参数对薄壁箱形截面构件极限承载力的影响。在数值模拟计算和对轴心受力、受弯构件研究的基础上,提出了适用于18Mn2Cr Mo BA高强钢薄壁箱形截面压弯构件极限承载力的计算方法。研究结果表明:随着长细比的增大,弯矩-轴力相关曲线由上凸变为下凹,翼缘宽厚比、截面边长的增大都会降低构件极限承载力,各参数之间相互影响。提出的建议计算方法与有限元计算结果符合较好。     

Q460高强度钢材工形压弯构件抗震性能的试验研究

为研究高强度钢材工形压弯构件的抗震性能,对6个Q460钢材工形压弯试件进行低周往复荷载试验研究,分析板件宽厚比、轴压比等因素对试件的破坏形态、耗能能力和抗震性能的影响,给出截面Np-Mp理论曲线并与试验结果进行对比。结果表明,Q460高强度钢材工形压弯构件具有很好的耗能能力和抗震性能,可以应用于抗震钢框架;且当翼缘和腹板宽厚比超限时,承载力退化仍然较慢,极限层间位移角明显大于1/50,表现出良好的抗震性能和极限承载能力;采用极限分析方法求得的Np-Mp曲线计算Q460钢材工形压弯构件平面内稳定承载力是偏于安全的。建议Q460钢材工形截面压弯构件的翼缘宽厚比限值为9,腹板宽厚比限值为33;同时建议抗震规范中钢柱的板件宽厚比限值应与轴压比相联系。     

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。     

高强钢焊接工字形截面压弯构件局部-整体相关屈曲分析北大核心CSCD

采用有限元法分析了Q460钢腹板高厚比超限(h w/t w=60,70,80,100,120)的焊接工字形截面压弯构件的极限承载力,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比、构件长细比和相对偏心率对其屈曲性能的影响,提出了计算Q460钢压弯构件局部-整体相关屈曲极限承载力的修正公式。研究表明,有限元法能很好地分析腹板高厚比超限的工字形截面压弯构件非线性屈曲性能;腹板高厚比增大,极限承载力提高,腹板屈曲后强度保持能力增大,延性增大。相反,翼缘宽厚比增大,构件极限承载力减小,腹板屈曲后强度保持能力减弱,延性降低;长细比增加,构件刚度明显减小,极限承载力降低,但延性却增大;相对偏心率增大,弯曲变形起主导作用,跨中挠度急剧增加,而轴力的变化相对变缓。提出的修正公式计算结果与有限元结果吻合很好。     

高强冷弯薄壁型钢轴压短柱受力性能试验研究

为了验证壁厚小于1 mm的G550级高强钢材对中国〈冷弯薄壁型钢结构技术规范〉（GB50018-2002）相关设计规定的适应性,进行了30根冷弯薄壁型钢方管截面轴压短柱的试验研究,试件的壁厚均为0.6 mm、宽厚比为20～150.试验结果表明：当宽厚比较小时（b/t≤40）,试件的初始缺陷和高强钢材本身特性对构件承载力的影响较大,试件材料的强度得不到充分发挥;当宽厚比较大时（b/t＞40）,高强钢材局部屈曲和有效截面是影响构件承载力的主要因素.通过对试验结果和各国规范计算结果的对比分析,给出了高强冷弯薄壁型钢构件按中国规范GB 50018-2002计算有效宽度的建议.     

Q460高强度钢焊接工字形截面压弯构件局部和整体弯扭相关屈曲有限元分析

采用有限元法分析了高厚比超限的Q460钢焊接工字形截面压弯构件局部和整体弯扭相关屈曲的极限承载力,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比、构件长细比和荷载相对偏心率对其相关屈曲承载力的影响,提出了Q460钢焊接工字形截面压弯构件的局部和整体弯扭相关屈曲极限承载力修正计算公式。研究表明:有限元模型能够较好地模拟焊接工字形截面压弯构件局部和整体弯扭相关屈曲极限承载力;腹板高厚比、翼缘宽厚比、构件长细比及荷载相对偏心率增大均会导致构件无量纲化极限承载力降低;基于《钢结构设计规范》(报批稿)GB 50017提出的修正公式计算值与有限元计算值吻合较好。     

高强度钢材箱形柱滞回性能试验研究

为研究Q460高强度钢材箱形柱的抗震性能,对5个足尺试件进行了水平往复加载试验研究,分析了板件宽厚比、轴压比等因素对试件的承载力、破坏模式、耗能能力、变形能力和延性的影响。试验结果表明,Q460高强度钢材箱形柱具有很好的耗能能力和抗震性能,适用于抗震钢框架;除试件HB-1外其他试件本身及其柱脚节点均未发生焊缝开裂,证明设计合理、质量合格的Q460高强度钢材焊缝连接具有足够的承载力和良好的抗震性能;板件宽厚比越大,试件局部屈曲出现得越早,最大荷载对应的位移级越小,达到破坏时的位移级也越小;试件发生局部屈曲的范围及屈曲中心位置相对于试件截面高度的比值依次减小,所有试件最大屈曲位置距固定端0.25B~0.50B（B为等边箱型截面外边长）,塑性区范围距离固定端0.72B~1.06B。根据试验结果,建议在轴压比不大于0.2时,Q460钢材箱形截面压弯构件板件宽厚比限值不应大于30;同时,钢框架柱在进行抗震设计时,其板件宽厚比限值应与轴压比相联系,轴压比越大,板件宽厚比限值应越小。     

高强钢薄壁箱形截面压杆稳定性研究

基于薄板的弹塑性大挠度有限元理论,综合考虑几何缺陷和力学缺陷,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比对高强钢薄壁箱形截面构件稳定性的影响。以翼缘宽厚比,腹板高厚比,构件长细比为三个参数,提出了考虑局部和整体相关屈曲的高强钢薄壁箱形截面构件极限承载能力的空间曲面方程,可以为设计提供参考。     

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面偏压构件试验研究及承载力分析

进行了48根屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面偏心受压构件试验,考虑了不同截面形式、厚度、长细比和荷载偏心方式的影响,研究了这类偏心受压构件的破坏模式、承载力影响因素以及构件承载力计算方法。结果表明：高强冷弯薄壁型钢偏压构件由于材料强度高,截面宽厚比较大,局部屈曲和畸变屈曲的影响较大,我国规范仅考虑了局部屈曲的影响而没有全面考虑畸变屈曲的影响,这使得部分发生畸变屈曲的试件计算结果偏于不安全,但又对不发生畸变屈曲的长细比较大的构件偏于保守。最后,在试验和现有规范方法比较分析的基础上,提出了一种适用于高强冷弯薄壁型钢偏压构件极限承载力的建议计算方法。该建议方法计算所得结果与试验结果吻合较好,且安全可靠,可供设计参考。     

Q460C高强度结构钢焊接H形和箱形截面柱低周反复加载试验研究

为充分了解高强度结构钢构件的抗震性能,采用Q460C高强度结构钢焊接制作H形和箱形截面柱试件各4个,进行固定轴压比为0.3的低周反复加载试验。试验测得了Q460C高强度结构钢H形和箱形截面柱的荷载 位移滞回曲线和弯矩 曲率滞回曲线。试验结果表明：宽厚比接近GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》中“一级抗震”限值的试件试验破坏模式为板件局部屈曲,而宽厚比远小于“一级抗震”限值的试件在柱底部可形成具有充分转动能力的塑性铰;宽厚比小于“二级抗震”限值的Q460C焊接 H形截面柱和小于“一级抗震”的Q460C焊接箱形截面柱具有良好的耗能能力和抗震性能。在试验基础上提出了Q460C高强度结构钢焊接H形和箱形截面柱的弯矩 曲率滞回模型,为高强钢结构在地震作用下的弹塑性静力分析和时程分析提供参考。     

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。     

高强度钢材箱形截面轴心受压短柱局部稳定试验研究

针对高强度钢材焊接箱形截面柱的局部稳定受力性能,对4个Q460钢材等边箱形短柱进行轴心受压试验。根据试验结果分析试件的局部屈曲应力、极限应力随板件宽厚比的变化规律,并将试件的局部屈曲应力、极限应力与我国、美国、欧洲钢结构设计规范以及陈绍蕃建议的相应设计方法和计算公式进行对比分析。结果表明,钢板的宽厚比越大,试件截面的利用率越低,局部屈曲后强度越富余;我国钢结构设计规范中对于试件的局部屈曲应力的计算公式不适用于等边箱形短柱;对于等边箱形短柱的极限应力,美国、欧洲钢结构设计规范和陈绍蕃建议的设计方法的计算结果较为接近,且均略高于试验结果,这3种设计方法都是可行的。进一步修改已有的计算公式,以适用于计算Q460高强度钢材等边箱形短柱的局部屈曲应力;建议采用陈绍蕃建议的设计方法,并进一步修改欧洲钢结构设计规范的计算公式,以适用于计算Q460高强度钢材等边箱形短柱的极限应力。     

Q550GJ高强钢焊接箱形截面残余应力试验研究

为了研究国产Q550GJ高强钢焊接箱形截面构件的残余应力分布情况,根据其力学性能,设计和加工了6个Q550GJ高强结构钢焊接箱形截面构件,采用分割法对其进行残余应力试验。基于试验测量数据,得到不同试件的残余应力分布,研究板件宽厚比、板件厚度等几何尺寸对残余应力的影响。研究结果表明:高强钢Q550GJ焊接箱形截面构件的翼缘和腹板两端近焊缝区域出现较大的残余拉应力,翼缘和腹板中部呈现大小基本不变的残余压应力区,其余部位为由残余拉应力到残余压应力转变的过渡区域。随着宽厚比的提高,翼缘和腹板残余压应力值相应减小,残余拉应力值的变化规律不明显,有增大的趋势,且残余拉应力值均小于高强钢Q550GJ的屈服强度。在相同宽厚比情况下,焊接箱形截面构件厚度增加后,翼缘和腹板的残余压应力和残余拉应力相应减小。