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.     

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直接屈曲或脆性断裂转变.与锈蚀最轻梁相比,锈蚀梁屈服荷载、极限荷载和屈曲荷载的最大降幅分别为21.7％、26.0％和43.1％.现有规范计算结果与试验结果相比偏危险,修正的有效宽度法能较好地预测锈损冷弯薄壁C形钢梁受弯承载力,为既有冷弯薄壁型钢构件承载力评估提供重要参考.     

腹板开孔冷弯卷边槽钢双肢拼合梁的畸变屈曲研究

为了研究腹板开孔冷弯卷边槽钢双肢拼合梁的畸变屈曲性能,在已有相关弯曲实验的基础上,对不同螺钉间距、孔洞大小和孔洞间距的构件进行了有限元参数分析.结果表明:在特定截面参数下,双肢拼合构件可以表现为以畸变屈曲为主的畸变-局部相关屈曲模态;受畸变屈曲控制的构件弯曲承载力随孔径的增大而减小,且下降幅度随着孔高比的增大而增加;螺...     

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.     

腹板开孔冷弯薄壁型钢轴压短柱承载力试验与设计方法研究

为了研究腹板开孔冷弯薄壁型钢轴压短柱屈曲性能和承载力设计方法,对28个不同开孔尺寸和不同截面的腹板开圆孔和正方形孔冷弯薄壁卷边槽钢短柱进行了轴压承载力试验,其中未开孔、开圆孔、开矩形孔试件分别为4,12和12个,圆孔直径为0.3,0.5,0.7倍腹板高度,矩形孔高为0.2,0.4,0.6倍腹板高度.试验结果表明,构件发...     

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.     

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.     

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。     

内配型钢圆钢管混凝土构件受弯性能分析计算

采用有限元软件ABAQUS建立内配型钢钢管混凝土受弯构件力学模型,借助已有试验验证模型的合理性,在此基础上研究该类构件在弯矩作用下的变形规律、受力过程和破坏模态,分析构件材性、型钢含钢率、型钢截面形式等参数对内配型钢钢管混凝土受弯构件极限承载力及抗弯刚度的影响;引用欧洲规范中组合柱抗弯承载力计算公式进行计算,并将计算结果与已有试验结果及有限元模拟结果进行对比,二者吻合良好,说明欧洲规范中组合柱抗弯承载力计算公式可用于该类构件的设计计算.研究结果可为内配型钢钢管混凝土受弯构件设计提供参考.     

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．     

冷弯薄壁型钢拼合箱形截面短柱承载力叠加法

基于中国规范GB 50018—2002中的有效宽度法和北美规范中的有效宽度法及直接强度法,利用已有的试验数据和文章中有限元参数分析结果,计算了66根通过ST4.8自攻螺钉将单肢C形及单肢U形截面构件连接而成的冷弯薄壁型钢（CFS）拼合箱形截面短柱局部屈曲的承载力. 理论值与试验和有限元值比较分析表明：中国规范GB 50018—2002和北美规范有效宽度法计算结果偏于保守,而北美规范直接强度法可以准确预测构件的承载力,但会存在不安全现象. 基于以上结果,给出了关于冷弯薄壁型钢拼合箱形截面短柱局部屈曲承载力的计算方法——叠加法,并提出了关于CFS拼合箱形截面轴压短柱的理论计算公式. 然后依据48根有限元试件的变参数结果,回归分析得出理论计算公式的组合系数α,得到计算拼合柱极限承载力的公式. 最后通过与试验数据及中美规范计算结果对比,验证了承载力叠加法的适用性与准确性,也为CFS拼合箱形截面短柱承载力的计算提供了简易的方法.     

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.     

正弦波纹腹板-管翼缘冷弯薄壁钢箱梁受剪性能研究

开展4根不同剪跨比的正弦波纹腹板-管翼缘冷弯薄壁钢箱梁受剪性能的试验研究与有限元分析。通过加载试验得到了足尺寸试件的受剪承载力、破坏形态和荷载-位移曲线,并采用有限元软件ABAQUS进行数值模拟。结果表明:正弦波纹腹板-管翼缘冷弯薄壁钢箱梁受剪破坏由螺钉连接强度控制,正弦波纹腹板在连接处出现孔壁承压变形和撕裂两种破坏形态;有限元分析得到的钢箱梁破坏形态与试验破坏形态一致,受剪承载力有限元计算结果与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的准确性。     

不对称型钢混凝土梁抗弯承载力

进行了不对称型钢混凝土梁抗弯承载力试验,通过两根试件的单调加载试验,确定了不对称型钢混凝土梁的抗弯承载力、破坏形态及截面应变特征等基本性能;建立了型钢混凝土梁有限元模型,有限元分析得到的构件抗弯承载力与试验结果吻合较好,验证了有限元分析模型的正确性.推导了不对称型钢混凝土梁抗弯承载力实用计算方法,计算结果与试验数据及有限元分析结果符合较好,为不对称型钢混凝土梁在实际工程中的应用提供了设计依据.     

腹板开孔对冷弯薄壁C型钢简支檩条受力性能影响

为了研究腹板开孔对冷弯薄壁C型钢简支檩条受力性能的影响,选取不同孔洞直径和间距的腹板开孔冷弯薄壁C型钢简支檩条进行有限元受力性能分析,分析腹板开孔冷弯薄壁C型钢简支檩条的刚度、承载力、应力分布和破坏模式,研究孔洞离支座距离、孔径和孔间距对简支檩条受力性能的影响。结果表明:仅距支座檩条高度(H)以上处开直径不超过檩条高度1/2孔洞时,开孔基本不影响C型钢檩条的受力性能。腹板沿全长均匀开孔会降低檩条的受力性能,随着孔径增大,孔距减少,檩条的受力性能降低,弹塑性阶段越短,屈服荷载、极限荷载明显下降,构件整体刚度下降,位移增大明显。当开孔直径不大于H/3、孔间净距不小于3H时,开孔对檩条极限荷载基本没影响,位移增大不到1.4%。开孔对檩条破坏模式没有影响,均表现为跨中上翼缘屈曲,跨中上、下翼缘应力达到屈服。     

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.     

加劲对冷弯薄壁卷边槽钢局部和畸变耦合屈曲作用

为了研究加劲形式和尺寸对冷弯薄壁卷边槽钢局部和畸变耦合屈曲的作用,采用无劲截面、腹板加劲、翼缘加劲、腹板和翼缘均加劲4种截面形式的冷弯薄壁卷边槽钢柱,开展轴心受压试验研究.结果表明:相对于无加劲试件,加劲后试件的屈曲荷载均有所提升,其中腹板加劲及腹板和翼缘均加劲后抗局部屈曲效果明显,压杆的失效形式从局部屈曲向局部和畸变耦合屈曲以及畸变屈曲模式转变.进一步采用有限元方法分析了加劲尺寸对屈曲性能的影响.计算结果表明,腹板加劲深度与翼缘宽度之比约为0.12,加劲宽度与腹板高度之比约为0.2时,薄壁卷边槽钢的屈曲承载力提升幅度最大,且主要发生畸变屈曲.     

冷弯薄壁型钢-OSB双向板组合楼盖试验研究

为了研究冷弯薄壁型钢与定向结构刨花板(oriented strand board, OSB)板连接而成的双向板组合楼盖的抗弯承载力性能,设计制作一个3.7 m×3.7 m的足尺组合楼盖试件,在四边简支条件下对其进行单调静力堆载试验,并建立了冷弯薄壁型钢-OSB板组合楼盖的非线性有限元分析模型。在此基础上,通过改变OSB板梁腹板高度、冷弯薄壁型钢板厚度与螺钉间距来分析各参数对组合楼盖受力性能的影响。试验结果表明：OSB板与冷弯薄壁型钢能够很好地协同工作,变形符合平截面假定。试件x与y两个方向上的组合承重梁荷载-挠度(P-Δ)曲线变化情况基本一致;随着梁腹板高度、钢板厚度的增加,组合楼盖的抗弯承载力明显增加;梁底冷弯薄壁型钢与OSB腹板的端部构造可以有效减小钢木接触截面的滑移变形。可见该组合楼盖双向受力性能良好,增加梁腹板高度,增大钢板厚度与适当减小螺钉间距均能提高楼盖的承载能力。