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.     

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。     

工形截面钢梁板件宽厚比对稳定承载力的影响

建立结构钢弹塑性各向异性损伤本构关系，在此基础上，采用U．L.格式的壳体大挠度双重非线性有限元方法，分析工形截面悬臂钢梁翼缘宽厚比、腹板高厚比对循环荷载作用下梁稳定承载力的影响，提出钢梁在循环荷载作用下翼缘和腹板宽(高)厚比的相关公式。     

负弯矩下钢-混凝土蜂窝组合梁力学性能研究

目的研究负弯矩及弯剪作用下钢-混凝土蜂窝组合梁的破坏形态,分析不同参数对蜂窝组合梁力学性能的影响.方法在集中荷载作用下对一根蜂窝组合梁和一根蜂窝梁进行静力试验,研究在负弯矩和剪力共同作用下,钢-混凝土蜂窝组合梁的受力状态和破坏模态.以蜂窝组合梁静力性能试验为基础,建立有限元模型,将模拟结果与试验结果对比以验证模型合理性,进而研究腹板高厚比、翼缘宽厚比以及是否设置混凝土板等影响因素对蜂窝组合梁受力性能的影响.结果设置混凝土板,对于蜂窝组合梁负弯矩下的承载力有相应的提高,混凝土板对承载力的贡献为7%左右;在混凝土板受拉情况下,减小腹板高厚比和翼缘宽厚比对蜂窝组合梁的承载力均有提高,增大钢筋纵向配筋率可以提高蜂窝组合梁的开裂荷载.结论腹板高厚比、翼缘宽厚比以及混凝土板纵向配筋率对蜂窝组合梁力学性能均有明显影响,设置混凝土板可以小幅提高组合梁承载力.     

T型铸钢节点冲击响应研究

对两端简支 T 型铸钢节点在冲击荷载下的响应进行了非线性有限元分析,得到不同荷载参数下节点的冲击力时程曲线和变形时程曲线. 分析中将铸钢节点的变形分为主管管壁局部凹陷、主管整体弯曲和支管轴向变形三部分,通过计算得到三部分变形随冲击时间变化的规律及其所耗散的能量在节点总耗能中所占的比例. 结果表明:冲击动能相同时,冲击荷载和支管轴向变形的最大值与初始冲击速度有关,节点塑性耗能总量随主管径厚比的增大而增加,随主管长径比及主支管直径比的增大而减小. 当主管长径比较小时,支管变形大于主管变形. 支管与主管的直径接近时,节点的局部凹陷变形可以忽略.     

单轴对称钢梁截面组合节点的抗震性能试验研究

为减小钢框架梁柱组合节点中梁下翼缘焊缝脆性破坏的风险，提出了采用单轴对称钢梁截面的梁柱组合节点形式，完成了3个1∶2的组合节点试件的拟静力试验研究，分别考虑标准型钢梁截面、上窄下宽且仅梁下翼缘削弱型的单轴对称钢梁截面及仅梁下翼缘扩翼型的单轴对称钢梁截面组合节点试件，对各试件的破坏过程、滞回行为、关键部位的应变发展、耗能性能及延性等进行了详细分析 . 结果表明：焊缝质量有所保证的组合节点试件其加载点的荷载-位移滞回曲线饱满，具有良好的耗能性能；仅梁下翼缘扩翼型组合节点试件的塑性铰在扩翼板末端的钢梁截面上形成，在梁下翼缘反复屈曲的过程中母材逐渐开裂并向腹板延伸；正弯矩作用下组合梁截面的中和轴靠近梁上翼缘，从而显著加大了梁下翼缘处的应变水平；单轴对称钢梁截面组合节点形式有助于实现梁上塑性铰外移，减小梁下翼缘焊缝处的应变集中程度；实际工程中应切实保证梁翼缘对接焊缝的质量.     

Q690高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布数值模拟

焊接纵向残余应力是影响钢压杆整体稳定性的重要因素之一。基于ANSYS对Q690高强钢焊接T形截面纵向残余应力大小及分布情况进行数值模拟分析。通过与已有的研究成果对比，提出合理的有限元分析模型；借助该模型，分析纵向残余应力大小及分布随板件宽厚比和板厚的变化规律；以及翼缘和腹板残余应力的自平衡性；并提出适合Q690高强钢焊接T形截面的纵向残余应力分布模型。研究结果表明：提出的有限元分析模型适合焊接T形截面纵向残余应力研究；翼缘外伸端以及腹板中部的纵向残余压应力大小随板件宽厚比、板件厚度的增大成下降趋势，翼缘与腹板相交焊缝处和腹板外伸端的纵向残余拉应力大小与板件宽厚比和板件厚度没有多大联系；各板件内的残余应力均满足自平衡。基于数值模拟分析，提出的Q690高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布模型，为后续T形截面残余应力的试验研究及压杆的整体稳定性数值分析提供参考。     

方钢管混凝土柱-钢梁节点静力性能试验研究

通过对4个隔板贯穿式方钢管混凝土柱-钢梁连接节点试件的静力性能试验研究,揭示此类节点的受力机理和破坏形态,探讨梁端翼缘两侧的侧板、钢管柱的宽厚比以及隔板的外伸长度等因素对节点承载力和传力机理的影响.试验结果表明,该类节点具有受力明确,传力途径清晰的特点;宽厚比的改变对节点承载力的影响不大,但对于节点板剪应变的影响较大;梁端翼缘两侧增加侧板可以减缓隔板与梁相交的角隅处应力集中现象,使塑性铰出现梁上,远离脆弱的梁端焊接区,提高了节点的延性.     

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。     

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.     

薄柔高频焊接H钢柱的实验和抗震承载力评价

针对大宽厚比的高频焊接H钢柱塑性耗能能力较低的特点，进行了10个试件的单调和反复加载试验研究．试验揭示，在一般低多层框架结构的长细比范围内，翼缘和腹板板件宽厚比的组合和轴压比是决定薄柔H钢柱静力和滞回性能的关键因素．综合实验结果和系统的数值分析，提出了经受罕遇地震往复作用时，将钢柱承载力下降限制在某一范围内的设计原则．按此原则，可以确定容许的板件宽厚比组合限值．这一设计方案为在抗震设防区使用薄柔构件轻型钢框架提供了可能．     

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.     

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.     

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...     

梁端塑性铰外移的型钢混凝土节点的抗震性能

通过对两个足尺节点试件的低周反复荷载试验,研究了梁端塑性铰外移的型钢混凝土节点的抗震性能.试件按“强节点”原则进行设计,对节点核心区附近梁端工字形型钢的上、下翼缘采取狗骨式削弱,并适当增加梁端根部到型钢翼缘最大削弱部位的纵向钢筋的配筋量.试验结果表明:两个节点试件的位移延性系数在5.27以上,均符合抗震设计的延性要求;在最大荷载时,两个试件的等效粘滞阻尼系数均超过0.30,耗能能力强.理论分析表明:在型钢混凝土节点中采用塑性铰外移的构造措施,不仅能够降低节点核心区所受的剪力以及梁柱连接焊缝的应力,而且能够增强节点试件在塑性铰区的转动能力和抗剪性能,从而提高节点的延性和耗能能力.     

偏心支撑耗能段翼缘宽厚比破坏模式的有限元研究

规范中对偏心支撑耗能梁段翼缘宽厚比的取值过于保守,为了研究这一问题,设计了几组有限元模型,并进行了计算分析,目的是为了重新评估耗能梁段翼缘宽厚比取值这一问题.分析结果表明:剪切型和弯曲型耗能梁段的翼缘宽厚比可放宽至9235/fy.另外,通过对耗能梁段的应力-应变分析,找出最容易发生破坏的区域,并最终确定不同长度的耗能梁段的最终破坏模式.     

腹板嵌入式组合梁抗剪性能试验

通过6个嵌入式组合梁抗剪试件的试验,观测组合梁受剪破坏过程,研究腹板嵌入式组合梁竖向抗剪承载力的各影响因素.试验表明,嵌入式组合梁的抗剪承载力和钢梁腹板截面、混凝土翼板截面、混凝土强度等级、混凝土翼板剪跨比有关.基于试验结果,通过参数回归分析,拟合出混凝土翼板的抗剪承载力的计算公式.考虑到弯剪相互作用,提出了嵌入式组合梁受剪承载力简化计算方法;分析了钢板连接件在嵌入式组合梁受剪时的实际受力.结果表明.钢板连接件具有较高的承载力,易于在组合梁中实现完全抗剪连接.     

钢梁栓焊混合连接节点性能试验

为实现工业化建筑快速施工的目标,设计了钢梁现场翼缘对接栓-焊混合连接节点。此节点在拼接处梁的下翼缘及近下翼缘的腹板上焊接法兰板,通过高强度螺栓连接;法兰板上部焊接加劲板,加劲板同时焊接于梁腹板上;腹板采用高强度螺栓连接,上翼缘待腹板和下翼缘安装完成后现场俯焊。为考察此节点在地震作用下的极限承载力、滞回性能、失效模式等性能,设计了3个试件进行单向及低周往复加载试验。试验结果表明梁节点具有很好的延性转动能力,转角最大可达0.095rad, 延性转动后摩擦型螺栓变成承压型高强度螺栓,强度还有一定的提高。最终节点失效是由于连接法兰板的螺栓松动,法兰板缝隙发展,导致螺栓滑丝松动而失去承载能力。     

梁柱盖板连接节点强度和刚度的有限元分析

盖板加强式梁柱刚性连接节点是使塑性铰外移以提高节点塑性变形的一种改进形式。采用通用有限元软件ABAQUS,对梁柱盖板连接在单调荷载作用下的受力性能进行了三维非线性有限元分析。分别考虑柱腹板厚度、柱翼缘厚度及柱翼缘宽度的影响,设计了3组共12个试件,总结了这3个因素对节点承载力和刚度的影响,为此类节点的设计提供了参考。     

反复水平荷载作用下偏心常轴压箱形钢柱抗震性能试验研究

通过4组16根箱形钢柱在偏心常轴压、柱顶反复水平荷载作用下的拟静力试验,研究轴压比、腹板宽厚比、柱顶弯矩等因素对箱形柱滞回性能的影响.试验表明,当柱顶轴力在腹板平面外的偏心小于b/8(b为翼缘板宽度)时,试件壁板屈曲变形为一个半波,腹板外凸,翼缘板内凹,变形基本对称.试件的塑性变形主要集中在柱根部区域,最大塑性变形一般出现在距固定端0.4～0.5h(h为腹板宽度)处.腹板宽厚比是影响构件抗震性能的主要因素,宽厚比越大,滞回曲线越不饱满,骨架曲线下降越陡,承载力及刚度退化越严重;轴压比的影响次之;柱顶弯矩的影响较小.根据试验结果,提出构件适用于四类抗震等级的定量判定标准及大跨度钢结构中箱形钢柱腹板宽厚比的设计建议.