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.     

腹板开孔冷弯槽钢梁直接强度法研究

直接强度法(direct strength method,DSM)是预测冷弯型钢受弯构件承载力行之有效的设计方法,该方法兼顾了构件发生畸变屈曲和局部-整体相关屈曲两种主要的屈曲破坏模式,计算过程相对简单,应用性强,应用范围广,具有较为广阔的发展前景。为了进一步完善腹板开孔冷弯型钢受弯构件DSM承载力设计公式,为我国《冷弯型钢结构技术规范》的新一轮修订及工程设计提供参考,对已有的360组腹板开孔冷弯槽钢梁的试验数据及有限元参数分析数据进行了整理,将数据结果与现行北美冷弯型钢结构设计规范(NAS)(2016)中腹板开孔冷弯型钢受弯构件DSM承载力设计公式曲线进行了对比。比较结果表明,对于绝大多数腹板开孔冷弯槽钢梁而言,NAS(2016)中DSM的承载力预测结果是偏于不安全的,其中对于发生以局部屈曲为主破坏的开孔梁的预测结果偏差尤为显著。最后,基于已有的试验结果、有限元参数分析结果和弹性屈曲临界应力求解方法,得到了适用于腹板开孔冷弯槽钢梁承载力设计的DSM修正公式。     

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．     

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.     

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。     

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。     

轴向冲击下C型冷弯钢构件畸变屈曲研究

为了对轴向动态冲击载荷下C型冷弯薄壁钢构件的屈曲行为进行研究.采用了落锤冲击试验机、高速摄影仪并结合数字散斑分析技术对C型冷弯薄壁钢构件动态冲击载荷下的屈曲模式、临界载荷和极限承载力做了相关探索性研究和数据分析,并将实验结果和Abaqus数值仿真结果进行比较.结果表明：数值计算的动态屈曲临界应力与实验的临界应力相差较大,而数值模拟的屈曲后的应力-应变曲线和实验结果较为吻合;动态冲击下构件的极限承载力有很大提升.     

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.     

冷弯薄壁型钢构件稳定性的计算方法

冷弯薄壁型钢是轻钢结构中的一种新型材料,在受压和受弯时主要发生局部屈曲、畸变屈曲和整体屈曲三种基本的失稳屈曲形式。文章着重介绍冷弯薄壁型钢构件稳定性的计算方法,即有效宽度法和直接强度法,并通过算例对这2种方法进行了比较,说明了它们的使用范围及精度。     

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.     

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.     

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...     

基于局部火灾情况下冷弯薄壁型钢货架立柱稳定性研究

为研究冷弯薄壁型钢异型截面货架立柱在局部火灾下的轴压性能,以欧洲规范EN 1991-1-2和EN 1993-1-2为基础,采用有限元分析软件ABAQUS模拟火源在构件底部时的温度场,并对局部火灾情况下冷弯薄壁型钢货架立柱进行轴压稳定性分析。首先通过现有试验结果验证了有限元分析模型的准确性,随后对不同截面、不同长度和不同厚度的货架立柱在不同温度作用下的轴压性能进行数值分析,并在温度场分析模型中考虑了火焰长度、火焰直径和热释放率等3个因素的影响。结果表明:货架立柱的长度和温度对其轴压承载力有较大影响;在局部火灾情况下,货架立柱温度沿长度方向呈现梯度分布,并且这种温度梯度对货架立柱破坏模式有着重要影响。最后,基于数值参数分析结果,给出了冷弯薄壁型钢货架立柱在局部火灾(800℃)情况下适用于整体屈曲的直接强度法(DSM)设计曲线。     

冷弯薄壁C形钢的残余应力模拟

残余应力的存在会影响冷弯薄壁C形钢构件的整体稳定性。通过对冷弯残余应力的实测结果和分布规律进行分析,建立了接近实际的冷弯C形钢残余应力计算模型,创建能够描述残余应力分布和大小的初应力文件,通过ANSYS将该文件读入有限元构件计算出冷弯残余应力。计算结果与实测结果吻合良好,证明初始应力文件法模拟冷弯C形钢的残余应力是可行的。     

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C型构件的屈曲模态形成与变形相关作用

采用有限元数值模拟方法,从一维杆件屈曲模态形成机理入手,推广至薄壁C型构件屈曲模态的形成,重点分析了几何初试缺陷与构件几何属性对构件屈曲模态的影响和相互作用,证明构件几何属性对构件最终破坏模态的决定作用.同时,考虑构件长度对畸变屈曲模态的形成和对承载力的影响,以此划分不同的屈曲区间;在此基础上,定义各类屈曲变形参数,进行相关屈曲作用机理和变形相关性的分析与推导,并结合试验现象加以验证;最后提出形心偏移的概念,对整体变形未引发整体失稳的现象加以解释,提出了新的屈曲判定准则,以此精确的判断构件的屈曲模态和屈曲过程.     

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。     

新型冷弯翼缘闭合压弯构件的力学性能

研究了两种新型(HF1、HF2)冷弯翼缘闭合截面在压弯荷载作用下的力学性能,采用非线性有限元数值方法,应用大型有限元通用程序ANSYS对新型截面构件的力学性能进行了模拟。分析了新型截面构件在压弯荷载作用下的屈曲模式、变形特征、承载力、刚度等方面力学性能,分析结果表明:新型冷弯截面构件具有截面平均应力高、相关曲线饱满、构件刚度大、弯曲变形小,板件不易局部屈曲等方面力学性能优势,新型冷弯翼缘闭合构件相关曲线饱满,适宜承受压弯荷载,具有多方面优良的力学性能,可以深入研究并合理推广使用。     

鹰式钢结构门式钢架经济跨度试算

结合某工程实例,分析了不同尺寸的鹰式型钢门式钢架在某特定荷载组合下的受力情况,并考虑冷弯效应对构件强度的影响,结合现行的《冷弯薄壁型钢结构技术规范》和《建筑结构荷载规范》对其压弯构件进行强度和稳定性计算分析,并应用大型有限元程序ANSYS建立单榀钢架的模型,对计算结果进行校核,可为同类工程提供参考。