铝合金梁中腹板受弯屈曲的设计方法

针对铝合金梁中可能出现的腹板受弯屈曲,通过有限元方法研究了铝合金受弯板件的稳定性。对比了国外规范设计方法的计算结果与有限元计算结果,讨论了现有的各种方法的优点和存在的问题。根据有限元的计算结果,参考国外规范的设计方法,对我国钢结构规范中的相关设计公式进行适当修改,给出了铝板受弯屈曲的屈曲强度和屈曲后强度的计算方法。结果表明：提出的设计方法在计算铝板受弯的屈曲强度和屈曲后强度时可以得到准确而偏于安全的结果,该方法适用于铝合金受弯板件局部稳定性的设计。     

薄钢板自攻螺钉连接受剪性能与力学模型研究

对薄钢板自攻螺钉连接开展受剪试验研究,探究了板件厚度与螺钉直径对连接受剪性能的影响。结果表明:自攻螺钉连接常见的失效模式包括板件孔壁承压失效、螺钉拔出失效和螺钉剪切失效三类,且失效模式受螺钉直径与钉帽侧板件厚度之比的影响;连接的受剪承载力与板件厚度和螺钉直径呈正相关关系,连接的初始刚度和延性也与板件厚度和螺钉直径存在规律性相关关系。采用Johnson-Cook损伤本构和线性损伤积累法则定义材料属性,同时考虑螺钉的形貌特征,建立了自攻螺钉连接的精细有限元模型,经试验结果对比验证表明该模型能够比较准确地模拟自攻螺钉连接的受剪性能。采用中国规范GB 50018?2002的自攻螺钉连接受剪承载力计算公式,同时分析了板件压缩刚度和螺钉剪切刚度的影响,并考虑了螺钉的群钉效应修正,提出了三段式的简化力学模型,能较好地预测自攻螺钉连接受剪的荷载-变形关系。     

不锈钢焊接箱形截面柱轴心受压相关稳定试验研究

不锈钢的非线性材料特性使其构件承载性能不同于普通钢结构构件,需要开展专门的研究。通过焊接加工8个不锈钢箱形截面柱,包括奥氏体型S30408和双相型S22253两种牌号,在试件两端铰接的约束条件下开展轴心承压加载试验。试验中对板材力学性能、试件的局部与整体几何初始缺陷、纵向焊接残余应力分布和加载初偏心进行了测量。加载试验得出了板件的局部屈曲承载力与构件的相关稳定承载力,展示了从组成板件局部屈曲到构件整体弯曲屈曲的渐变失效形态。将试验结果与欧洲不锈钢规范EN 1993-1-4、直接强度法和中国冷弯薄壁型钢结构技术规范GB 50018的计算公式进行比较表明,由于欧洲规范和直接强度法没有考虑不同牌号不锈钢材料力学性能的差异,对双相型S22253构件的承载力计算偏于保守,而奥氏体型S30408构件的计算承载力偏于不安全;而中国规范GB 50018没有考虑焊接残余应力、几何缺陷和材料非线性的不利影响,高估了构件的相关稳定承载力。所得到的试验结果将为后续的数值分析与理论研究提供数据支撑。     

不锈钢焊接工字形截面短柱轴压局部稳定性能试验研究

对奥氏体型S30408和双相型S22253两种牌号的15个不锈钢焊接工字形截面短柱开展轴压局部稳定试验研究,考察截面组成板件的局部稳定性能和截面承载力,得出了试件截面的应力-应变关系曲线。研究结果表明：厚实截面的试件承载力高于其截面屈服荷载,试件截面应力-应变关系曲线表现出典型的非线性特性和应变硬化特征;而宽肢薄壁截面的组成板件发生过早的局部屈曲,使得试件承载力不能达到截面的屈服荷载,需要对截面强度进行折减。基于得出的试验结果和现有的其他试验数据,对现有设计方法,包括欧洲规范EN 1993-1-4和美国规范SEI/ASCE 8-02中的有效宽度法以及直接强度法计算得出的截面承载力进行评估,表明根据欧洲规范EN 1993-1-4和直接强度法计算得到的截面承载力偏于保守,而美国规范SEI/ASCE 8-02对宽厚比较大的截面承载力计算偏于不安全,而且计算离散性较大。     

空间相贯圆钢管节点受力性能试验研究与有限元分析

以武汉天河机场T3航站楼为工程背景,对航站楼屋盖结构中典型空间相贯节点(X+KT形节点)的静力性能进行了足尺试验研究和有限元分析。根据最不利设计荷载工况,对节点试件进行多点同步加载,得到了节点的受力性能、破坏模式和各杆件变形。根据试验节点实测尺寸建立非线性有限元分析模型,对试验节点进行数值模拟,计算结果与试验结果吻合良好。试验结果和有限元分析表明:试验节点具有较高的安全储备,其破坏模式为受压支管根部局部屈曲破坏。由于试验节点存在主管强、支管弱的特点,节点破坏不属于规范规定的主管过度塑性变形的破坏模式,因此规范中的承载力计算公式不再适用,运用有限元分析方法计算相贯节点承载力是一种有效的方法。     

普通钢板与不锈钢板螺栓抗剪连接承载性能试验研究

为了研究普通钢板与不锈钢板螺栓抗剪连接承载性能,设计加工了32组试件。对32组螺栓抗剪连接试件进行单调拉伸试验,得到试件的荷载-孔径变形曲线以及荷载-位移曲线。试验结果表明:随着不锈钢板件端距的增加,试件破坏形态由冲切破坏变为承压破坏,同时承载力不断增大;随着不锈钢板件边距的增大,试件破坏形态由净截面破坏变为承压破坏,同时承载力也持续增大;螺栓预紧力对于试件的承载力的影响较小,可以忽略;普通钢板与不锈钢板之间采取防接触腐蚀措施后,在一定程度上削弱了试件的承载力。采用有限元软件ABAQUS建立普通钢板与不锈钢板螺栓抗剪连接的有限元模型,对试验过程进行了数值模拟,基于试验结果验证了有限元模型的准确性。     

不锈钢薄腹梁受剪性能试验研究

通过对7根不锈钢薄腹梁进行受剪性能试验研究,分析了梁腹板的剪切屈曲和屈曲后强度。结果表明：所有梁均发生剪切屈曲破坏,薄腹板中形成拉力带,上翼缘和横向加劲肋中出现塑性铰;根据腹板表面应变和侧向鼓曲变形测得的剪切屈曲应力均低于理论计算的弹性剪切屈曲应力;梁的受剪承载力显著高于腹板剪切屈曲时的荷载,具有较高的屈曲后强度;梁端设置封头肋板可以提高梁的受剪承载力。基于得出的试验结果及现有其他试验数据,对两种考虑腹板屈曲后强度的受剪承载力计算方法进行评估,我国GB 50017—2017《钢结构设计标准》中的公式仅考虑了腹板的受剪承载力,其计算结果总体偏于保守,但是对腹板高厚比较小(λs<1.5)的不锈钢薄腹梁,受剪承载力计算偏于不安全,且计算结果离散性较大;EN 1993-1-4中的计算公式中同时考虑了腹板和翼缘的受剪承载力,其计算结果偏于保守且离散性较小。     

混合配筋预应力混凝土管桩抗弯承载性能研究#br#

通过开展6根混合配筋预应力混凝土管桩和3根预应力混凝土管桩的抗弯性能试验,分析非预应力钢筋的配置对混合配筋预应力混凝土管桩抗弯承载性能的影响。试验结果表明：配置非预应力钢筋可明显提高预应力混凝土管桩的抗弯承载力,对控制抗弯裂缝的开展有明显的效果。与试验数据相比,现有抗弯承载力公式的计算值合理有效,但公式形式较为复杂。针对混合配筋预应力混凝土管桩的抗弯承载力进行研究,将环形截面等效成工字形截面,并利用“等效钢带法”计算钢筋提供的轴力和弯矩,推导出了简化计算公式,其计算结果相对试验承载力具有合理的富余。相比原有公式,简化计算公式形式简单、易于计算,可应用于实际预应力混凝土管桩的设计分析中。     

考虑安装应力的网格结构稳定承载性能试验研究

为研究安装应力对网格结构承载性能的影响,对平面尺寸为7m×12m和5m×12m的两个正交正放四角锥网架进行破坏性试验及有限元分析,结果表明安装应力使网格结构稳定承载力出现较大幅度的降低。对204个平板网架模型和140个双层柱面网壳模型进行参数分析,得到安装应力对稳定承载力的影响系数。采用有限元分析方法研究了38个具有整体失稳可能性的双层球面和双层柱面网壳模型,得到了稳定承载力安全系数K的合理取值范围。结果表明：试验测得的整体变形、刚度和稳定承载力与理想结构存在明显差异;安装应力对稳定承载力的影响系数服从正态分布,平板网架、双层柱面网壳稳定承载力影响系数分别为0.50和0.55;当考虑安装应力初始缺陷,采用Marshall压杆屈曲失稳模型时,建议K取2.0;由于JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》提供的全过程分析方法未考虑杆件初始应力,建议K取3.0。     

嵌套加强的LQ550高强冷弯薄壁C型钢连续檩条受力性能研究

为提高LQ550级高强冷弯薄壁C型钢连续檩条的承载能力,采用在支座处嵌套的方法来加强连续檩条。对未加强和采用两种嵌套方式加强的檩条共7组试件进行三点受弯试验,得到了试件的承载性能和破坏形态,试验结果表明加强后的试件出现跨中局部屈曲和嵌套端部局部屈曲两种破坏形态。采用ABAQUS软件建立了非线性有限元模型对嵌套加强的檩条进行数值模拟,有限元分析得到的承载力和破坏形态与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的准确性。基于验证的有限元模型,分析了两种嵌套方式和不同嵌套长度对檩条承载力的提升,且表明嵌套檩条的长度宜取为连续檩条跨度的1/5～1/4。