轴心受压钢构件高温下局部稳定设计方法

为了得到钢构件高温下局部稳定设计方法,通过试验对建立的有限元模型进行了验证。采用验证后的有限元模型,分析了温度、板件宽厚比、初始几何缺陷、腹板和翼缘相互作用等因素对H形截面轴心受压钢构件局部屈曲应力的影响,提出了Q235钢和Q460钢H形截面轴心受压构件高温下的局部稳定承载力简化计算公式和高温下防止局部屈曲的翼缘宽厚比和腹板高厚比限值。研究表明:当板件宽厚比较小时,构件的局部屈曲应力随宽厚比的增大迅速减小,宽厚比较大时,构件屈曲应力降低不明显;初始几何缺陷对构件局部屈曲应力影响较小;高温下翼缘对腹板屈曲的约束作用比常温下明显;高温下防止局部屈曲的宽厚比限值与常温下宽厚比限值不同。     

形截面压弯钢构件板组弹塑性相关屈曲分析

建立轴压力和水平荷载作用下焊接H形截面钢构件有限元分析模型以模拟板组弹塑性相关屈曲性能,改变轴压比、翼缘宽厚比、腹板高厚比及翼缘-腹板厚度比等参数,进行一系列非特厚实截面钢构件弹塑性局部相关屈曲非线性有限元分析,获得一系列极限弯矩比与这些参数的相关曲线,表明极限弯矩比随轴压比和翼缘宽厚比增大而明显降低.得到精度较高的正则化极限弯矩比拟合公式,基于整体和局部等稳原则导出板组容许宽厚比相关曲线.在某些条件下,钢结构设计规范的翼缘和腹板宽厚比限值可能超出容许宽厚比相关曲线限定的参数范围.     

焊接H形截面钢柱板组弹塑性相关屈曲和容许宽厚比

建立了竖向轴压力和单调水平荷载作用下焊接H形截面悬臂钢柱板组弹塑性相关屈曲的有限元分析模型,通过改变轴压比、翼缘宽厚比、腹板高厚比及翼缘-腹板厚度比等参数,对非特厚实截面钢柱进行几何非线性和材料非线性有限元分析.然后,基于分析结果,利用最小相对误差拟合法得到极限弯矩比的实用计算公式.最后,基于整体-局部等稳原则导出板组容许宽厚比相关曲线方程,并通过算例对容许宽厚比相关曲线与钢结构设计规范的翼缘和腹板宽厚比限值曲线进行比较.结果表明:构件长细比较小时,规范规定的翼缘和腹板宽厚比限值可能超出容许宽厚比相关曲线限定的范围;翼缘宽厚比与腹板高厚比限值相关,并且两者均随轴压比、翼缘-腹板厚度比、构件长细比、塑性发展系数的变化而变化.     

蜂窝式偏心受压构件腹板局部稳定性试验

目的研究蜂窝式偏心受压构件腹板局部稳定性能,得到蜂窝式偏心受压构件腹板高厚比限值.方法对具有相同开孔率的正六边形孔、圆形孔的两个蜂窝构件进行试验研究,以试验为基础,建立有限元分析模型,将试验结果同有限元分析结果进行对比;利用该模型讨论孔型、翼缘与腹板厚度比、腹板高厚比以及竖向开孔率对于弹性屈曲荷载、临界应力以及极限荷载的影响,提出蜂窝偏心受压构件腹板弹性屈曲临界应力公式以及高厚比限值公式.结果有限元分析结果同试验结果吻合良好,偏心受压时,具有相同开孔率的蜂窝构件,六边形孔腹板的局部稳定性好于圆形孔,蜂窝式偏心受压构件腹板弹性屈曲荷载随腹板高厚比的增大而减小,但随着翼缘与腹板厚度比和竖向开孔率的增大而增大.结论拟合出蜂窝偏心受压构件腹板的弹性屈曲临界应力公式,以保证腹板在发生强度破坏之前不发生屈曲为设计准则;建立腹板高厚比限值公式,该式反映了腹板高厚比、翼缘与腹板厚度比及竖向开孔率对腹板局部稳定的影响,能准确地反映蜂窝构件的实际工作状况,为实际工程提供参考.     

波形钢腹板箱梁剪切屈曲特性

研究了波形钢腹板箱梁的剪切屈曲特性。基于有限元数值模拟结合相关屈曲理论的方法,计算了波形钢腹板的临界屈曲应力,并与相应理论公式计算所得的各类屈曲应力结果进行对比。同时,改变波形钢腹板的主要几何参数尺寸,研究各种几何参数对波形钢腹板箱梁剪切屈曲性能的影响。研究结果表明:波形钢腹板箱梁的临界屈曲应力与波高基本无关;波形钢腹板的直板段水平长度不应设置过大,以防止结构发生局部屈曲失稳;适当增大波形钢腹板的水平折叠角可以有效防止结构发生整体屈曲失稳;增大腹板厚度可以有效提高结构的抗屈曲性能,特别是抵抗局部屈曲失稳的能力;腹板高度过高时结构容易发生整体屈曲失稳。     

支座腐蚀对钢板梁桥屈曲和承载力的影响

为研究钢板梁桥支座处局部腐蚀对结构屈曲变形和承载力的影响,选取了加劲肋和腹板腐蚀与下翼缘和腹板腐蚀两种复合腐蚀类型,建立了钢板梁桥局部腐蚀的有限元模型.分析了不同腐蚀面积和厚度腐蚀率情况下的结构屈曲变形和承载力特征,讨论了各种情况下屈曲和承载力性能存在差异的原因,研究了加劲肋和下翼缘腐蚀对于结构变形和承载性能的影响.结果表明:加劲肋和下翼缘腐蚀均会导致腹板的屈曲幅度增大,但下翼缘腐蚀对腹板变形的影响更大;腐蚀面积和厚度腐蚀率的增加均会导致结构变形增大和承载力降低,但厚度腐蚀率的影响更大;相比于下翼缘腐蚀,加劲肋腐蚀时结构极限承载力和后屈曲承载力的降低程度更大.     

冷弯薄壁型钢加劲腹板错列开孔柱轴压承载力研究

通过ABAQUS有限元软件对冷弯薄壁型钢加劲腹板错列开孔柱的轴压性能进行了研究. 通过比较试验和有限元分析获得的破坏模式、荷载-位移曲线以及极限承载力,发现二者具有良好的一致性,从而验证了有限元模型的准确性. 基于验证的有限元模型,分析了开孔间距、孔型、长细比、腹板加劲肋板件高度以及翼缘宽厚比等对冷弯薄壁型钢加劲腹板错列开孔柱的受力性能的影响. 结果表明：所有构件的破坏模式均以畸变屈曲失效破坏为主. 增加错列开孔之间的间距可提升构件的极限承载力,且错列开孔构件的承载力相较并排开孔的构件可提升10%以上. 孔型对构件的极限承载力影响较小. 随着腹板加劲肋板件高度的增加,构件的极限承载力总体呈上升趋势. 相较V形加劲截面构件,Σ形加劲截面构件的极限承载力提升约6.5%. 随着构件长细比的增大和翼缘宽厚比的增加,构件的极限承载力均会有所下降.     

H形截面钢构件绕弱轴抗弯承载力

对H形截面钢构件绕弱轴弯曲的性能进行研究,考虑了抗弯承载力与板件宽厚比之间的关系.基于经实验校准的非线性有限元模型,模拟了不同翼缘和腹板宽厚比组配的H形截面钢构件绕弱轴弯曲的全过程,并对破坏模式进行了机理分析.研究发现,对于工程中常用的H形截面钢构件,极限前性能主要由翼缘宽厚比决定;极限后翼缘和腹板之间存在显著的相关作用.最后,给出了绕弱轴弯曲时可达到塑性抗弯能力的H形截面钢构件宽厚比上限值,并提出了有效塑性宽度计算法计算H形截面钢构件绕弱轴弯曲的极限抗弯承载力.     

高强冷弯薄壁型钢帽形截面简支檩条局部屈曲性能研究

对截面形式为TS40和TS61的19根550MPa高强冷弯薄壁型钢帽形截面简支檩条进行受弯试验分析其局部屈曲性能,并采用有限条程序CUFSM对这两种简支檩条局部屈曲应力进行计算分析,计算结果与试验值吻合较好。采用有限条程序对帽形截面受弯构件的翼缘宽厚比、腹板翼缘宽度比、卷边翼缘宽度比、腹板翼缘夹角等参数进行计算分析,结果表明腹板翼缘宽度比是影响帽形截面简支檩条受压翼缘局部屈曲稳定系数的重要因素。利用考虑板组相关的我国现行规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)和英国冷成型薄壁构件设计标准(BS5950-5:1998)对帽形截面简支檩条受压翼缘局部屈曲稳定系数进行计算分析表明:我国规范在腹板翼缘宽度比小于1.5时偏于不安全,大于1.5时偏于保守,而英国规范相对比较安全。在参数分析的基础上,提出了考虑板组相关的帽形截面简支檩条受压翼缘弹性局部屈曲稳定系数计算公式,建议公式可供工程设计和修订规范参考。     

BS700高强钢槽形对焊箱形截面构件稳定性的影响因素

为研究BS700高强钢槽形对焊箱形截面构件稳定性的影响因素,建立了能考虑初始几何缺陷和残余应力的非线性屈曲分析有限元模型,研究了残余应力、翼缘宽厚比、长细比等因素对构件稳定性的影响.研究发现,残余应力对长细比位于20～70的构件稳定系数有显著影响,翼缘宽厚比对构件稳定性有较大影响.随着翼缘宽厚比增加,构件屈曲模式由整体...     

截面尺寸对薄壁压杆双重非线性稳定的影响

在荷载作用下薄壁压杆破坏的主要形式是屈曲失稳。考虑材料和几何双重非线性影响,基于有限元分析软件AN-SYS对薄壁压杆进行了稳定数值仿真分析。采用正交试验设计方法设计试验,研究工字型截面尺寸效应对结构稳定承载力的影响,通过方差分析确定各影响因素的比例。结果表明:翼缘宽度对稳定极限载荷的影响最大,翼缘厚度次之,而腹板高度和腹板厚度对稳定极限载荷影响最小不显著。     

冷弯薄壁矩形管板组相关屈曲压弯承载力研究

冷弯薄壁矩形钢管柱易发生局部屈曲破坏.为了研究冷弯薄壁矩形钢管柱的压弯承载性能,建立并验证了冷弯薄壁矩形钢管柱非线性有限元模型.采用上述模型对不同轴压比、翼缘宽厚比及腹板宽厚比的884个受常轴压力、变水平力作用的矩形钢管柱进行参数分析,研究了构件承载极限状态的截面破坏形式和抗弯承载力.结果表明:冷弯薄壁矩形钢管柱绕强轴压弯过程主要出现两种破坏模式,比如:全截面屈服和受压翼缘与腹板屈曲.结合极限状态的应力分布特征,基于有效塑性宽度法提出了考虑板组相关屈曲的冷弯薄壁矩形钢管柱的极限抗弯承载力计算公式,其预测值与有限元模拟结果吻合良好.     

反复荷载作用下箱形压弯钢柱受力性能

分析16根箱形钢柱及85个数值计算构件的刚度退化特征、强度退化特征、荷载-位移变化曲线、破坏形态、应力分布规律,进而研究反复荷载作用下箱形压弯钢柱局部屈曲和整体失稳的相关作用机理。对试验数据及有限元计算结果进行统计分析,回归出反复荷载作用下箱形压弯钢柱稳定承载力的拟合公式。研究结果表明:当轴压比小于0.1或绕截面弱轴长细比小于40时,壁板局部屈曲对构件的受力性能起控制作用,腹板宽厚比对构件的延性、承载力退化、刚度退化均起主要作用;当轴压比大于0.2且绕截面弱轴长细比大于80时,构件整体失稳对其受力性能起控制作用,轴压比和长细比对构件受力性能的影响均非常显著。     

变截面波形钢腹板弹性整体 屈曲计算及几何参数分析

为研究变截面波形钢腹板的抗剪性能,首先,在正交异性板理论和薄板小挠度理论的基础上,运用伽辽金法对波形钢腹板弹性整体剪切屈曲强度的计算公式进行推导;其次,将推导公式计算值与ANSYS有限元计算值及规范公式计算值进行对比分析,并将公式推导值与文献试验值进行对比;最后,运用有限元法研究不同波纹型号、腹板厚度和梁高变化形式对变截面波形钢腹板弹性剪切屈曲性能的影响规律.结果表明:推导公式计算值与有限元值试验值吻合良好,规范公式由于忽略了扭转刚度Dxy对波形钢腹板整体剪切屈曲强度的贡献,规范值计算偏于保守;随着波纹尺寸的增加,剪切屈曲强度总体呈先增大后减小的趋势,其中1600型波形钢腹板的抗剪性能达到最大;随着腹板厚度的增加,剪切屈曲强度逐渐增大;变截面波形钢腹板的剪切屈曲强度大于等截面波形钢腹板的抗剪强度,并且随着梁底与水平方向的夹角β的增大,变截面波形钢腹板剪切屈曲强度增加.所得结论可为变截面波形钢腹板的抗剪设计提供参考依据.     

高强度工字钢梁抗弯性能试验

为了研究高强度工字钢梁的抗弯性能和延性,基于混合设计的理念,采用中国产高强度、高性能钢HPS485W(名义屈服强度为485 MPa)和传统钢种Q345,设计并加工了3片简支工字钢梁,在跨中加载对试验梁进行抗弯试验。试验后分析试验梁的应力变化、变形特征、破坏形态及承载能力。分析结果表明:在有效的侧向约束下,高强度钢梁最终破坏时跨中均形成塑性铰,试验梁的最终破坏形态均为跨中附近受压翼缘和受压区腹板的局部屈曲;对于混合设计的高强度钢梁,翼缘和腹板材料有合理的强度匹配范围,当采用强度较高的HPS485W翼缘时,建议腹板钢材强度的选取不低于Q345;翼缘的尺寸效应是影响试验梁抗弯承载力和延性的重要因素,随着翼缘宽厚比的增大,在试验梁屈服后的非弹性阶段,受压翼缘局部屈曲出现的较早,且受压翼缘的局部屈曲程度更显著,降低了钢梁非弹性阶段的变形能力。     

高温下不锈钢工字形截面构件局部稳定性能研究

为研究火灾下不锈钢构件的局部稳定性能及其破坏机理，介绍了8个奥氏体型焊接工字形截面短柱的轴心受压试验，其中包括6个高温试验和2个常温对照试验. 分析试验构件的失稳模态和局部稳定承载力，利用有限元模型对影响构件局部稳定性能的重要因素做了参数分析. 结合试验与数值分析结果，对现有欧洲规范设计方法进行了评估. 结果表明：随着温度升高，构件的刚度下降，屈曲变形增大，局部稳定承载力降低幅度增大；初始缺陷对构件承载力影响较小，截面宽厚比是影响局部承载力的关键因素；现有欧洲规范设计方法预测结果较为准确.     

波纹腹板H型钢梁抗剪承载力

建立波纹腹板H型钢梁的受力模型,按照板的稳定理论分别给出了波纹腹板局部屈曲和整体屈曲的抗剪承载力理论公式,并设计4根构件进行了试验及有限元数值模拟分析,研究了不同的波纹尺寸、腹板厚度等因素对构件承载力的影响.试验结果表明:若波纹尺寸设计得当,腹板剪切强度可以达到甚至超过钢材的剪切屈服强度,而有限元方法能够有效预测构件承载力和破坏模式.最后结合理论分析和试验研究提出了波纹腹板H型钢的设计建议.     

波形钢腹板钢管混凝土梁有限元分析及参数研究

提出新型组合结构——波形钢腹板钢管混凝土梁三维有限元计算方法.应用ANSYS程序对试验梁进行了双重非线性有限元分析,计算结果与试验结果吻合较好.应用有限元方法,以波形钢腹板厚度、弦管壁厚以及管内混凝土等级为参数对其对受力性能和极限承载力的影响进行了分析.结果表明,对于以上弦管局部屈曲为特征的A梁,若要提高其承载力,应增加上弦管的壁厚;而对于极限承载力受下弦管受拉屈服控制的B、C梁,则要增大下弦管的壁厚.上下弦管是否采用钢管混凝土对梁的受力性能与极限承载力有显著的影响.然而,管内混凝土的等级对梁的极限承载力影响很小.波形钢腹板应具有足够的厚度以避免其局部屈曲破坏.在保证这一板厚的前提下,波形板厚度对梁的承载力影响并不大,承载力计算中可以忽略其对梁的抗弯能力的贡献.     

帽形加劲复杂卷边槽钢柱偏压性能试验研究

对共计18个简支试件进行偏心受压试验,分析并研究了未加劲、腹板中央帽形加劲、腹板和翼缘中央帽形加劲3种截面复杂卷边槽钢的极限承载力、失稳模式及变形特征等特性.结果表明:有效形心移动对偏心承压构件的承载能力有很大影响.在板件中央设置帽形加劲可以适当减小板件的宽厚比,显著提升受压构件的极限承载力及钢材利用率,但畸变屈曲在构件失稳模式中起控制作用.在同等条件下,板件中央帽形加劲偏压构件的承载效率提升了15%~70%.     

钢框架梁局部屈曲损伤描述材料本构分析

在罕遇地震分析中,考虑构件的损伤退化特征对提高杆系模型的计算准确性显得尤为重要,因此,如何利用有限元准确地模拟构件局部屈曲的退化现象是进行参数分析并提取退化模型的重点所在,而钢材的本构关系则是其中的基础.采用通用有限元软件ABAQUS,对比分析不同本构模型的计算结果与典型局部屈曲退化试验结果,提出能够准确计算循环荷载下局部屈曲退化行为的钢材本构模型.在校准模型的基础上,通过参数分析,探讨影响构件局部屈曲损伤退化的因素,提出不同控制因素下损伤退化规律,为提出考虑损伤退化的杆系模型提供有力的工具.分析结果表明:翼缘宽厚比、强屈比以及腹板高厚比会一定程度影响局部屈曲退化现象,其中翼缘宽厚比对其最终退化程度有明显影响,但屈服强度对退化过程影响不大.