开孔冷弯薄壁C型钢压弯构件的数值分析和设计方法

冷弯薄壁型钢结构因自重轻、强度高、便于施工等优点在国内外应用广泛,腹板开孔的C型截面构件常作为其承重构件.为了研究局部、畸变、整体屈曲以及各屈曲间相关作用对冷弯薄壁型钢压弯构件的影响,基于数值模拟方法,针对开孔冷弯薄壁C型压弯构件进行弹性和弹塑性分析,研究开孔形式、大小、位置对其性能的影响.根据数值分析结果,对无孔冷弯薄壁型钢轴压构件的直接强度法(DSM)公式进行了修正.结果表明:数值模拟结果与试验结果较为一致,验证了数值模型的准确性;开孔会对构件的临界荷载产生一定影响,并且会降低构件的承载力.本研究得到了开孔冷弯薄壁C型钢压弯构件的DSM设计公式,并揭示了其畸变-整体屈曲相关作用机制.     

缀板加强冷弯薄壁C形钢受压极限承载力研究

为研究缀板加强冷弯薄壁C形钢受压构件的受力性能,采用ANSYS软件建立其非线性有限元模型,并与试验破坏特征、极限承载力进行对比,验证建模方法的正确性. 研究缀板间距及偏心距对缀板加强冷弯薄壁C形钢在轴压及单向偏心受压作用下的极限承载力及屈曲模态的影响规律. 结果表明：随缀板间距减小,C形钢的屈曲变形由畸变屈曲逐步转为局部屈曲,轴心受压及偏心受压构件极限承载力逐渐增高;随偏心距增大,偏心受压构件的极限承载力逐渐降低;建议缀板加强冷弯薄壁C形钢轴压、偏压构件的缀板间距分别取λ/3、λ/4（λ为屈曲半波长度）. 基于缀板加强冷弯薄壁C形钢的受力特点及直接强度法,提出缀板加强冷弯薄壁C形钢构件轴压及偏压极限承载力的修正公式,并验证了公式的准确性.     

腹板开孔冷弯卷边槽钢轴压构件受力性能及设计方法

对26根腹板开长圆孔和未开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件进行承载力实验研究,分析构件的屈曲模式和极限承载力.利用我国现行国家规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018—2002、北美冷弯钢结构构件设计规范AISI S100—2012计算构件承载力并与非线性有限元数值模拟结果及实验结果进行分析比较.在此基础上,对腹板开长圆孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件的承载力合理计算模式进行研究.结果表明:对于中等长度腹板开孔,冷弯薄壁型钢截面轴压构件主要出现局部、畸变和整体屈曲的相关作用;腹板开孔对构件畸变屈曲稳定承载力有一定的降低作用;采用折减构件有效截面面积的修正方法可计算开长圆孔构件的畸变屈曲稳定承载力;非线性有限元可用于腹板开孔冷弯薄壁型钢构件的屈曲模式和极限承载力的分析.     

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.     

轴心受压部分加劲板件稳定系数计算方法研究

基于能量法对冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴心受压构件的弹性畸变屈曲应力和半波长进行推导分析,得到相应部分加劲板件的稳定系数建议计算公式.与有限条法计算结果的对比分析表明,建议的部分加劲板件稳系数计算方法具有较高的精度和较好的通用性.在此基础上,通过简化分析给出了轴心受压构件部分加劲板件考虑畸变屈曲和局部屈曲的协同稳定系数计算方法.算例分析以及国内外的相关实验结果的验证表明,建议方法能够更好地考虑轴心受压开口截面构件畸变屈曲和局部屈曲对于构件极限承载力的影响,承载力计算结果相对于我国现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018—2002)更加准确,适用性更强.     

冷弯薄壁卷边槽钢柱弹性畸变屈曲数值分析

随着高强冷弯薄壁型钢在建筑业中的大规模应用,使得构件畸变屈曲的出现可能先于板件的局部屈曲,成为构件失效控制模式。畸变屈曲的破坏机理不同于局部屈曲,其弹性屈曲应力计算过程也大相径庭。现有畸变屈曲临界应力的计算公式异常复杂,在设计中可以借助数值分析的方法进行计算。有限条方法和有限元方法是常用的两种数值分析方法,采用有限条方法和有限元方法计算了冷弯薄壁型钢柱构件弹性畸变屈曲应力和屈曲半波长度,对比研究发现二者结果非常接近,均可用于分析柱试件的弹性畸变屈曲。     

现行规范对高强复杂加劲冷弯构件力学性能适用性研究

目的研究《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)对G550级高强复杂加劲冷弯薄壁钢材的适用性,提出计算其承载力的修正系数.方法对17根壁厚均为1.1 mm的G550高强钢材进行试验和理论计算,分析高强新型冷弯箱型组合截面受弯构件力学性能.结果无论试验受弯极限承载力或是理论受弯极限承载力,DS1型截面构件均比DS2型截面构件提高近20%;试件的合理高宽比为2~4;对于DS1型截面构件建议不折减,对于DS2型截面构件建议采用0.8的折减系数.结论现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)对G550级高强复杂加劲构件基本适用,对于新型高强冷弯薄壁型钢梁的受弯极限承载力一般情况下要大于规范给出的理论受弯极限承载力.不同的截面构件所适合的折减系数不同,工程设计可根据构件截面的情况决定是否折减.     

冷弯薄壁C型钢PEC柱的承载能力分析

为研究冷弯薄壁带肋C型钢部分外包组合柱(PEC柱)的轴心受力性能,采用非线性有限元分析软件ABAQUS对2组14根带纵向折角肋的冷弯薄壁C型钢PEC柱进行模拟分析,通过模拟得到冷弯薄壁带肋C型钢PEC柱的破坏模式、承载能力、荷载-位移曲线和应力分布.结果表明:混凝土使冷弯薄壁C型钢的屈曲破坏得到很大程度的缓解;冷弯薄壁C型钢对混凝土的约束使混凝土强度得到充分发挥;冷弯薄壁C型钢的强度、刚度和稳定性明显提高.     

冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件非线性畸变屈曲承载力计算方法

为研究冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件畸变屈曲承载力计算方法,基于能量法采用大挠度理论对部分加劲板件的非线性畸变屈曲承载力进行推导分析,得到冷弯薄壁型钢部分加劲板件屈曲稳定系数和畸变屈曲承载力计算方法,并采用有限元分析结果验证该方法的精确性。利用我国现行国家标准GB 50018—2002"冷弯薄壁型钢结构技术规范"中的有效宽度法公式计算畸变屈曲承载力,与分析提出的建议方法计算结果进行对比分析。研究结果表明:基于能量法提出的计算畸变屈曲承载力方法是精确、可行的。在修正部分加劲板件屈曲稳定系数的基础上,可以采用我国现行国家标准GB 50018—2002"冷弯薄壁型钢结构技术规范"中有效宽度法的公式计算发生畸变屈曲的构件截面承载力,从而建立了考虑局部和畸变屈曲承载力的统一计算公式。     

锈损冷弯薄壁C形钢梁受弯承载力试验研究

为了研究锈蚀对冷弯薄壁C形钢梁受弯承载力的影响,以工程拆除的8根锈损冷弯薄壁C形钢檩条为研究对象,进行受弯承载力试验.通过对比不同锈蚀程度的冷弯薄壁型钢梁的破坏模式和受弯承载力,提出了锈损冷弯薄壁C形钢梁受弯承载力修正公式.结果表明,随着锈蚀程度增加,钢梁弯角和腹板部位的强度和延性逐渐降低,钢梁破坏模式由先屈服后屈曲向...     

开孔冷弯薄壁卷边槽钢柱轴压性能的试验研究

为研究腹板开孔具中间加劲肋的冷弯薄壁卷边槽钢构件的受压性能,对两种截面形式的短柱和中长柱共计16根轴压构件的承载力和屈曲模式进行了试验分析.结果表明:所有试件均发生畸变屈曲失效,中长柱试件还伴随有绕弱轴的整体弯曲;腹板孔洞导致构件屈曲模式发生变化,孔洞周边板件有局部屈曲产生;孔洞的存在使试件承载力降低,短柱试件承载力的...     

冷弯型钢卷边槽形截面轴压构件部分加劲板件屈曲系数研究

采用有限条程序CUFSM计算不同截面尺寸的冷弯卷边槽形截面轴压构件弹性屈曲应力,通过回归分析得到部分加劲板件的屈曲稳定系数建议计算公式,同时采用澳洲规范（AS／NZS4600：2005）、北美规范（AISIS100-2007）、欧洲规范（EN1993—1—3：2006）、美国规范（ANSI／AISICFSSPEC-1996）、中国规范（GB50018—2002）中的有效宽度法以及建议的加劲板件屈曲系数对收集到的国内外共100根卷边槽形截面轴压构件极限承载力进行计算分析．结果表明：我国现行规范《冷弯薄壁型铜结构技术规范》（GB50018—2002）和欧洲规范（EN1993—1-3：2006）计算结果偏于保守,而澳洲规范（AS／NZS4600--2005）、北美规范（AISIS100-2。07）和美国规范（ANSI／AISICFSSPEC--1996）计算结果偏不安全．利用建议公式再根据我国现行规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018—2002）计算所得结果与实验值吻合较好,可供设计和修订规范参考．     

冷弯薄壁卷边型钢构件有限条法屈曲计算误差分析

通过对不同长度C型和Z型截面冷弯薄壁型钢构件进行屈曲临界荷载计算,将有限条法(FSM)计算结果和有限元法(FEM)计算结果进行对比,分析了有限条法计算误差产生的原因;并且归纳了有限条法在冷弯薄壁型钢构件屈曲分析中的适用范围。算例分析表明,有限条计算结果中只有长细比较大且发生一个半波屈曲的情况才与实际相符合。     

小壁厚组合截面冷弯薄壁型钢构件承裁力研究

根据美国钢铁协会(AISI)的试验资料对背靠背双拼冷弯薄壁卷边槽型截面横梁的承载力试验进行了介绍,并将试件的试验承载力与GB 50018—2002冷弯薄壁型钢结构技术规范中规定的计算结果作了比较。对比结果表明,按照GB 50018—2002规定计算厚度小于2 mm冷弯薄壁型钢受弯构件承载力是可行的。     

轴压单孔冷弯薄壁槽形中长钢柱的极限承载力

为研究腹板开孔的冷弯薄壁构件极限承载力，选取两端简支、轴心受压、腹板开单孔的冷弯槽形中长钢柱进行非线性有限元分析研究，通过对试件的变形及竖向位移-荷载曲线的分析，表明开孔构件的竖向刚度和极限承载力较无孔构件降低．有限元模拟与试验吻合较好．结果表明，选择合理的有限元数值模型，可以较好地模拟开孔钢柱的受力性能．根据数值分析结果，对开孔钢构件的畸变屈曲特征进行了分析，同时也分析了孔洞高度、宽度对构件极限承栽力的影响．     

秸秆草砖-冷弯薄壁型钢组合墙抗压性能

对水稻秸秆草砖与冷弯薄壁型钢的组合墙体的抗压承载性能进行了试验研究。试验设计并制作了由水泥砂浆作为保护层的秸秆草砖-冷弯薄壁型钢组合墙体,通过分级加载的方式对墙体进行了轴压试验。试验结果表明:当组合墙体到达极限承载力时,墙体内部钢柱均已屈服,墙体表面出现不同程度的裂缝且短边两侧墙面出现鼓包,近钢侧墙面平面外位移大于远钢侧墙面。此外结合中外冷弯薄壁型钢的规范及研究对组合墙体抗压承载力进行了探讨,得出秸秆草砖作为墙体内部填充物能够明显的提高钢柱的承载力,以及当长度系数取0.35时按中国规范计算的抗压承载力与试验值相符合程度更高的结论。     

冷弯加劲高强方钢管柱受力性能及经济性分析

工程中常采用在截面上布置加劲肋的方法来增强构件的稳定性能。为研究冷弯加劲对高强钢管柱受力性能的影响，评估加劲高强钢管柱的经济性。采用有限元ABAQUS软件，建立了冷弯加劲钢管柱轴心受压分析模型。通过考察加劲形状、加劲个数、加劲间距及加劲大小对Q355钢管柱受力性能的影响，确定最优截面形式，进而分析在极限承载力相当时，高强Q690冷弯加劲钢管柱比普通Q355钢管柱用钢量的节约程度。结果表明，设置冷弯加劲可以明显地提升钢管柱轴心受压承载力，冷弯加劲对钢管柱承载力的提高作用随着加劲个数的增加基本保持不变。采用单个半圆弧加劲时，对构件承载力的增强作用便可达到良好的效果。冷弯加劲之间的距离对构件的稳定承载能力基本没有影响。加劲圆弧半径建议取板件厚度的2倍。承载力相当时，冷弯加劲Q690钢管柱的用钢量比Q355钢管柱节省35%左右。     

加肋薄壁钢管混凝土柱局部屈曲与承载力分析

采用能量法分析加肋薄壁方形钢管局部屈曲，探讨加劲肋的数量和刚度对屈曲系数的影响，以及加肋薄壁钢管混凝土柱的承载力；同时，在考虑构件屈曲作用及管壁对核心混凝土承载力提高的基础上，提出带肋薄壁方钢管混凝土轴压短柱的极限承载力公式，并用试验数据验证其合理性。研究表明:在薄壁钢管中设置加劲肋，使钢管的局部屈曲系数变大、核心混凝土约束增强，构件极限承载力也相应得到增加；钢管局部屈曲系数随着加劲肋的刚度和数量的增加而增大，合理设置加劲肋可防止构件提早屈曲，提高构件承载力；提出的极限承载力公式和试验结果有较好的吻合度，与实际受力情况更符合。