复合型高性能钢材轴压构件整体稳定性能研究

为提升现代钢结构工程的综合抗灾能力,集高强度、高延性、耐蚀性和耐火性为一体的新一代复合型高性能钢材已经出现。该文针对该类钢材焊接工字形截面轴压构件的整体稳定性能,设计并完成6个长柱稳定试验,研究构件的稳定承载力和失稳破坏形式,并将试验结果与我国《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)的柱子曲线进行对比,给出建议的曲线选型;同时,建立有限元模型并验证其准确性和可靠性;进一步通过大量算例分析初始缺陷、残余应力、材料强度和本构模型等对轴压构件整体稳定性能的影响;最后,基于参数分析算例结果,拟合复合型高性能钢材轴压构件新的柱子曲线公式,提出整体稳定设计方法。研究成果对促进该类钢材的工程应用具有重要意义。     

不同等级高强钢焊接工形轴压柱整体稳定性能及设计方法研究

为研究460MPa以上不同强度等级高强钢焊接工字形截面轴压柱的整体稳定性能,采用有限元分析方法,计算了国内外已公开发表(包括其他学者)的35个高强钢焊接工形试件的整体稳定承载力,并通过与试验结果对比验证了有限元模型的可靠性;利用该模型完成1280个算例的整体稳定承载力计算,包括8种钢材强度等级、8种工字形截面尺寸、对应于每种截面的10种长细比、以及绕截面强轴和弱轴失稳的2种模态,并将算例结果与现行钢结构设计规范的设计曲线进行对比分析。研究结果表明,随着钢材强度等级的提高,高强钢焊接工字形截面轴压构件绕强轴和弱轴失稳的整体稳定系数均明显提高;对于绕强轴失稳构件,建议Q460~Q550钢材的采用我国规范b类曲线,Q620~Q960钢材的采用a类曲线;对于绕弱轴失稳构件,建议Q460~Q800钢材的按b类曲线设计,Q890和Q960钢材的按a类曲线设计。此外,还提出此类构件对应不同强度等级钢材的更新柱子曲线公式,以更准确计算其整体稳定承载力。     

高性能耐火耐候钢-混凝土简支组合梁抗火性能的数值分析

随着钢材冶炼技术发展,采用耐火耐候钢、闭口压型钢板提升钢-混凝土组合梁抗火性能成为钢结构抗火设计新方法。采用ABAQUS有限元软件,选取合理的材料高温热-力学性能参数和计算策略,并通过数值计算结果与钢-混凝土组合梁抗火性能试验结果对比,验证了数值模型的准确性与可靠性。以此为基准模型,改变材料热膨胀系数、荷载比、钢梁截面尺寸等参数,总结得出钢材热膨胀系数、钢梁高度、楼板厚度、荷载比对耐火耐候钢-混凝土简支组合梁耐火极限影响较大的结论,并基于参数化计算,分析数值模型计算组合梁正截面抗弯承载力与GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》中承载力法计算结果的差异,提出了标准升温下该型组合梁修正的承载力计算方法。     

Q420等边角钢轴压杆整体稳定性能试验研究

国内大型输电铁塔中已逐步采用Q420高强度角钢。为研究此类高强度等边角钢轴压杆的整体稳定性能,进行了轴压静力试验研究,试验包括60个试件,截面类型选取了在所有热轧角钢截面中板件宽厚比最大的5种。基于试验结果,研究了Q420高强度等边角钢轴心受压柱的失稳破坏形态和极限承载力,通过计算得到其稳定系数,并与现行钢结构设计规范的柱曲线进行了对比,同时分析了板件宽厚比超限对Q420高强度等边角钢轴压柱失稳破坏形态和稳定承载力的影响。结果表明：该类构件以弯扭失稳为主,根据试验实测得到的稳定系数明显高于现行钢结构设计规范所规定的等边角钢所在的b类截面柱曲线,甚至高于a类截面柱曲线。研究为后续的有限元计算和数值参数分析提供了重要的基础数据,为设计方法提供了参考建议。图11表4参17     

不同复合比下不锈钢复合钢材循环本构模型研究#br#

为研究不同复合比下不锈钢复合钢材在地震循环往复荷载作用下的力学特性,开展23个3+3mm厚316L+Q235B不锈钢复合钢材试件的单调拉、压和15种不同循环加载制度下的试验。根据试验结果,分析该类复合钢材的单调性能、滞回性能以及宏观和微观破坏形态;基于Ramberg-Osgood三参数模型拟合循环骨架曲线,并讨论其与单调荷载下的力学性能区别;基于Chaboche模型标定该不锈钢复合钢材的本构模型参数,并采用数值模型对其他循环加载制度下的力学响应进行模拟;最后与3+5mm厚316L+Q235B不锈钢复合钢材在循环骨架曲线、循环本构关系及滞回曲线方面进行对比,分析复合比的影响。试验结果与分析表明：该种复合比的不锈钢复合钢材在循环荷载下仍表现出明显的循环强化作用和混合强化（等向强化和随动强化）特征;滞回曲线饱满;随着循环周次的增加,卸载刚度和再加载曲线的初始刚度出现明显退化;Ramberg-Osgood模型可以较好地对其循环骨架曲线进行拟合;文章提出的循环本构模型能够准确模拟该复合比不锈钢复合钢材循环往复荷载作用下的力学响应;该复合钢材与3+5mm厚316L+Q235B不锈钢复合钢材在循环荷载下的具体力学指标存在明显区别。研究成果为提出双金属复合钢材的统一循环本构模型提供重要基础。     

铝合金桥面板的耐腐蚀试验及寿命评估

通过对天津海河蚌埠桥铝合金桥面板进行耐腐蚀试验研究,总结出了一套可行的试验方法,并对其耐腐蚀寿命进行了评估。采用电化学试验方法进行铝合金桥面板耐腐蚀试验,模拟当地大气环境条件并测定其腐蚀速率,利用电镜观察铝合金的腐蚀形貌。结果表明:天津海河蚌埠桥铝合金桥面板的耐腐蚀性能良好,耐腐蚀寿命满足工程要求;所提出的耐腐蚀试验方法对今后的道路桥梁工程耐久性研究有一定的指导意义,试验结论也有利于促进铝合金材料在桥梁结构中的更广泛应用。     

超高强度钢材焊接截面残余应力分布研究

超高强度钢材(屈服强度≥460MPa)已经在多个钢结构实际工程中得到应用,但关于其构件截面残余应力以及轴心受压整体稳定性的研究还很少。该文总结了国外已有的超高强度钢材焊接截面残余应力的试验测量结果,针对工字形、箱形和十字形三种焊接截面,分析了截面残余压应力与板件宽厚比的关系,并提出了这三种焊接截面超高强度钢材构件残余应力的分布模型和具体计算公式,为研究超高强度钢材受压构件的整体和局部稳定受力特性提供了前提条件。     

翼缘纵向变厚度焊接工字形截面钢梁整体稳定性能试验

为研究翼缘纵向变厚度焊接工字形截面钢梁的整体稳定性能,共设计了11个变厚度梁和2个等厚度梁并进行无侧向约束整体稳定试验,包含三点弯和四点弯两种加载方式,0、2、4、6、8mm/m共5种厚度变化率。试验结果表明：钢梁均发生弹塑性弯扭失稳破坏,卸载后仍有明显残余变形;相比四点弯加载,翼缘厚度变化对三点弯加载钢梁承载性能的影响更为明显。对现有等厚度梁的整体稳定设计方法和稳定系数曲线进行总结,结合精细化有限元分析得到,变厚度梁的弹性失稳临界弯矩随着翼缘厚度变化率增大而降低。基于现有等厚度梁规范稳定曲线进行变厚度梁稳定承载力计算时,建议采用有限元分析或者以平均截面尺寸下的等厚度梁近似计算弹性失稳屈曲临界弯矩,由此可得相比按跨中最大截面设计相对安全的稳定承载力。最后将试验结果与规范计算所得稳定承载力对比,结果表明欧洲规范BS EN 1993-1-1最为安全,中国规范GB 50017—2017次之,美国规范ANSI/AISC 360-16最不安全。变厚度梁整体稳定设计方法的提出还需进一步深入研究。