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。     

基于ANSYS工字钢截面力学优化设计

以工程中常用的工字钢为例,利用有限元程序ANSYS,对工字钢在增加腹板厚度和增加等面积的翼缘厚度的两种情况下分别进行了力学分析,试图找到翼缘和腹板在工字钢受力过程中分别起到的主要作用。结果表明增加腹板厚度对减少工字钢两端剪力效果明显,而增加翼缘厚度对减少跨中挠度更加有效。     

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.     

轧制工艺参数对H型钢金属流动规律的影响

根据某H型钢生产厂的实际生产数据,建立终轧产品为 H200×200×12×8的热连轧模型。利用有限元软件ANSYS -LSDYNA对热连轧过程进行数值模拟。根据模拟结果,分析金属流动规律和变形规律。由于腹板和翼缘在不同的变形区内进行变形,H型钢的变形过程较为复杂,腹板与翼缘连接处金属变形尤为复杂。腹板和翼缘的金属由于延伸率不同而导致腹板和翼缘的金属之间进行相互交换。研究 H型钢腹板和翼缘的金属流动和变形与延伸率、轧制速度、摩擦系数等因素之间的影响规律,为制定合理的轧制规程,提高产品质量提供依据。     

单点加载翼缘纵向变厚度工型截面简支梁变形解析解法

目的研究采用纵向变厚度(LP)钢板作翼缘的翼缘纵向变厚度工型截面简支梁的变形,推导单点加载时其变形计算公式,解决该类梁的弹性变形问题.方法运用基于变形体虚功原理的单位荷载法和直接积分方法推导不同跨度、截面尺寸和翼缘厚度变化率下跨中挠度计算公式,并讨论剪切变形的影响;运用通用有限元软件ANSYS的BEAM188和SHELL181两种单元进行对比验证.结果考虑剪切变形的理论计算结果与BEAM188单元计算结果相差不超过0.5%,与SHELL181单元计算结果相差最大为3%,计算结果十分接近,验证了理论解的正确性.结论与传统等厚度工型截面梁相比,采用此种翼缘变厚度工型截面梁,使构件截面设计更加合理,在承载力相同的情况下,可大大减少钢材用量;且可降低剪切变形影响;建议采用此种翼缘纵向变厚度工型截面梁行结构优化设计.     

钢框架梁抗火承载力的有限元分析

为深入了解火灾下钢框架梁的破坏模式和各种因素对其抗火承栽力的影响，采用有限元法对工字形钢框架梁在不同荷载、不同约束下的极限承载力进行了理论计算，同时时平面框架进行了热一结构耦合计算．结果表明：钢框架中工字钢梁在火灾下的破坏模式为下翼缘侧移失稳，初始几何缺陷时刚接工字钢梁和简支工字钢梁的极限温度影响很小；受火梁由于梁的变形产生悬链力，会抵消一部分温度应力，且刚接梁在粱端部产生的局部屈曲进一步削弱了温度应力的影响；荷载较大时刚接梁的极限温度和耐火时间比简支梁高，且荷载时刚接梁的极限温度和耐火时间影响较小，对简支梁影响较大；粱柱节点是钢框架抗火的薄弱环节，火灾发生后非受火构件的内力也会发生较大的变化．     

工字形曲线组合梁负弯矩区侧向失稳分析

目的 为曲线组合梁结构设计提供理论依据,研究负弯矩区工字形曲线组合梁考虑上、下翼缘均发生侧向弯曲变形与扭转变形的稳定性.方法 基于能量法推导等端弯矩作用下曲线钢梁上、下翼缘及混凝土板应变能,基于势能驻值定理推导曲线组合梁侧向失稳临界弯矩解析解.分析比较不同参数对临界弯矩的影响.结果 曲率半径从4 000 mm增加到8 ...     

大跨度钢管翼缘组合梁桥车桥耦合振动性能分析

为了研究钢管翼缘组合梁桥的动力性能,通过有限元软件ABAQUS建立了三维车桥耦合振动模型,采用了隐式动力学分析了路面平整度、车辆载重、速度、上翼缘钢管内填混凝土等级和含钢率等因素对管翼缘组合梁桥动力性能的影响,以及与管翼缘组合梁竖向刚度等效的工字钢梁和混凝土梁的动力性能,得出了以下结论：随着路面不平顺程度的增大,管翼缘组合梁的动力响应呈几何倍数增长,并且只有当路面等级为B时才与现行《公路桥涵设计通用规范》中公式计算的动力冲击系比较吻合;车辆载重与其跨中挠度呈线性相关;速度对其的影响比较复杂,当车辆速度超过60 km/h时,其动力响应随速度增大呈非线性增长;上翼缘内混凝土等级和含钢率对其动力影响极小;相对于等效工字钢梁和等效混凝土梁,管翼缘组合梁桥重量轻,整体弹性模量较小,同等荷载下跨中挠度比较大。通过上述的动力性能研究为以后大力发展此类型桥提供技术保障。     

方钢管混凝土柱与工字钢梁竖向加劲式节点拟静力试验研究

为了解方钢管混凝土柱-工字钢梁竖向加劲肋式节点的抗震性能,对两个方钢管混凝土柱-工字钢梁竖向加劲肋式节点试件进行了拟静力加载试验,研究了节点在反复循环荷载作用下的滞回性能、耗能能力、延性、应力分布和传力机制.试验结果表明,节点具有足够的承载力以及较好的延性和耗能能力,竖向加劲肋式节点的梁端弯矩大部分通过竖向加劲肋传递给柱钢管腹板和核心混凝土,另一部分梁端弯矩由梁端翼缘直接传递给柱钢管翼缘和核心混凝土.节点破坏模式为靠近竖向加劲肋端部的梁翼缘出现严重的局部屈曲,梁翼缘变截面最窄处形成塑性铰,而柱钢管、竖向加劲肋、梁端部均在弹性范围内工作,很好地实现了强柱弱梁、强节点弱构件的抗震原则.     

腹板屈曲后强度计算

《钢结构设计规范》(GB50017-2002)4.3.1条,不考虑腹板屈曲后强度的焊接工字钢梁的腹板局部稳定计算与考虑腹板屈曲后强度的焊接工字钢梁抗剪、抗弯承载力计算。引用了具体实例说明腹板屈曲后强度的应用。从受压翼缘压入腹板来分析腹板高厚比的最大限值,其次分别论述腹板受弯或压弯屈曲后有效宽度的确定、受剪屈曲后的极限剪力计算、以及正应力和剪应力联合作用下屈曲后相关关系的计算。     

H型钢翼缘与腹板的均匀变形

H型钢凭借其优异的断面性能,广泛应用于建筑行业.由于其断面的复杂性,在轧制过程中,腹板与翼院在不同的部位进行变形.传统的翼缘与腹板的延伸系数比为:1.03～1.05之间,这个比值来源于生产的实际经验.在传统的生产过程中,腹板的波浪、裂纹或者翼缘裂纹以及参与应力广泛的存在于H型钢的产品中.这些问题主要是由于H型钢在生产过程中腹板与医院的不均匀变形造成的.为了解决这个问题,就有必要使H型钢的腹板与翼缘在轧制过程保持均匀变形.提供了修改后的翼缘与腹板的压缩比.通过模拟和实验证实了修改后的延伸比值提高了H型钢的质量.     

钢梁突缘支座部分的“压剪”效应

本文用有限元方法对在集中荷载下钢梁突缘支座处的截面腹板及翼缘内平行于截面的剪应力分布进行了研究。分析指出,当荷载作用点接近支点时,梁端截面将承受很大的垂直压应力;是以压缩及剪切变形为主,呈现“压剪”效应。腹板仅承受理论计算剪力的74％左右,翼缘负担23～26％的剪力,远非初等材力理论的腹板负担95％～97％,翼缘负担5％～3％截面剪力的论述,且离荷载作用点约100mm处的截面,上翼缘产生负剪力;上翼缘负担的剪力远大于下翼缘。本文所作的理论分析与文献[3]曾对同一问题进行的试验研究结论是一致的。这对工程上组合梁及吊车梁的设计具有实际意义。文中对文献[3]的试验结果作了综述。     

矩形钢管混凝土上翼缘梁静力性能参数分析

利用有限元软件ABAQUS对集中荷载作用下矩形钢管混凝土上翼缘梁(RCFSTB)的静力性能进行分析,并对主要几何参数和材料参数变化对静力性能的影响进行了研究.研究结果表明:增加腹板厚度和上翼缘高度、提高钢材强度可以显著增强承载力和减小变形；砼强度对于梁稳定承载力和破坏变形没有明显的影响；梁跨度增大时,梁的稳定性降低.     

轧制润滑对H型钢翼缘宽展的影响

轧制工艺润滑能有效减少轧制力,降低能耗,但是在H型钢轧制过程中引入工艺润滑造成了翼缘宽展不均、腹板偏心等缺陷。针对H型钢工艺润滑生产中遇到的问题,建立了H型钢万能轧制过程的有限元模型,对轧辊各部位不同摩擦分布情况进行了仿真模拟,深入研究了轧制润滑影响H型钢翼缘宽展的机理。通过分析不同工况条件下轧件变形区内的摩擦力分布、金属流动等因素,解释了翼缘宽展的机理并得到了翼缘宽展的规律。分析结果表明,对H型钢腹板进行轧制工艺润滑能有效减少轧制力、降低能耗;在其它工艺参数一定的情况下,翼缘宽展随翼缘及轧辊间的摩擦系数增大而减小,且基本上呈线性关系;在翼缘的二个表面中对内侧的摩擦系数更为敏感。现场工艺润滑方案设计时应充分考虑宽展对润滑轧辊不同位置时的敏感性差异。     

腹板几何尺寸变化对梯形波纹腹板工字钢梁应力集中的影响

为了分析析板几何尺寸的变化对梯形坡纹腹板工字钢梁应力集中的影响,建立相应的ABAQUS有限元分析模型,并利用已有的梯形波纹腹板工字钢梁实验结果对有限元模型的正确性进行了验证;运用ABAQUS有限元软件对梯形波纹腹板工字钢梁进行了大量的非线性有限元分析,研究了腹板的波幅、厚度、平行段长度、坡纹转角、转角半径等对腹板和翼缘中应力集中程度的影响及其规律。结果表明,梯形波纹腹板工字钢梁有限元分析模型是合理的:腹板的波纹转角、转角半径、腹板厚度的变化对梯形波纹腹板工字钢梁应力集中的影响较大,而腹的波幅和平行段长度的变化对钢梁的应力集中影响较小。     

波形钢腹板支架拱结构的局部稳定性能

针对一种新型煤矿巷道波形钢腹板支架拱结构,首先设计了六榀半圆拱形支架的局部稳定性能试验,研究不同翼缘宽厚比、腹板高厚比对波形钢腹板工形截面拱结构的局部稳定性能的影响;然后采用有限元软件ANSYS计算分析试验支架的局部屈曲性能,并与试验结果进行对比;最后进行了支架拱结构弹塑性局部屈曲分析.结果表明:翼缘宽厚比减小,构件的局部稳定承载力提高显著,当翼缘局部失稳后会导致构件整体变形加大,继而导致构件的整体失稳;腹板高厚比增大,其局部稳定承载力也随之增大,当腹板局部失稳时,会带动翼缘发生局部失稳,从而导致变形过大,加快构件的整体失稳;支架试验结果与有限元结果吻合良好,验证了有限元模型的正确性;适当增大腹板高度及厚度、翼缘宽度或厚度时均可提高腹板的局部稳定承载力,随着圆心角的增大(矢跨比增大),构件的翼缘局部稳定承载力逐渐减小,圆心角对腹板局部稳定承载力影响较小.     

梁柱“上焊下栓”节点耗能机理有限元分析

目的分析不同参数对节点的耗能机理的影响,为梁柱"上焊下栓"节点的设计提供参考.方法通过改变翼缘螺栓数和接触面的摩擦系数,设计两组试件,利用有限元软件ABAQUS对其进行有限元分析,分析该节点破坏模式和耗能能力.结果当翼缘螺栓数为翼缘等强设计螺栓数的2/3～1.0倍时,节点具有较好延性.在低周往复荷载作用下,节点的受力过程先后经历了弹性阶段、屈服阶段、滑移阶段、承载力强化阶段、弹塑性阶段以及塑性发展阶段.当接触面的摩擦系数取0.1～0.45时,拼接区的耗能占总耗能的41%～48%;由等强设计法设计的基本试件具有较好的耗能能力,在此基础上,改变翼缘螺栓数均会降低节点能量耗散能力;当翼缘螺栓数为翼缘等强设计螺栓数的2/3～4/3倍时,梁拼接区耗能占总耗能的41%～44%.结论梁柱"上焊下栓"节点能有效利用拼接区螺栓的滑移、螺栓杆与孔壁的挤压以及板件的变形来实现耗能.     

内置工字钢圆端形钢管混凝土短柱局压性能的有限元分析

为研究内置工字钢圆端形钢管混凝土短柱局压性能,通过有限元软件ABAQUS进行建模分析,并使用现有试验数据进行验证,验证结果表明有限元模型建立准确。研究考虑工字钢参数为,工字钢放置方向（纵向放置工字钢(ZG)、横向放置工字钢(HG)）、工字钢高度(GD)(25 mm、50 mm、75 mm、100 mm、125 mm)、工字钢宽度(KD)(25 mm、50 mm、75 mm、100 mm、125 mm)、工字钢翼缘厚度(YH)(10 mm、15 mm、20 mm、25 mm、30 mm)、工字钢腹板厚度(FH)(10 mm、15 mm、20 mm、25 mm、30 mm)。结果表明当含钢率小于34%时,ZG-FH参数变化对局压承载力影响较大,当含钢率大于34%时,HG-YH参数变化对局压承载力影响较大,对比工字钢高度与工字钢宽度变化对局压承载力的影响,ZG-KD参数变化对局压承载力影响较大。同时提出局压承载力计算公式,经过本文模拟结果验证,计算公式得出承载力误差位于0.9 - 1.1,计算结果较为准确。     

不同板件宽厚比H型钢梁在冲击作用下的动态响应分析

通过Abaqus软件创建了钢梁受冲击的三维有限元模型,与霍静思教授的试验结果相比较验证了模型的有效性。基于该模型从冲击力时程、跨中挠度时程和不同板件塑性变形耗能三个方面进行分析,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比、边界条件和长度对H型钢梁在冲击作用下的动态响应。分析表明在截面外尺寸不变的情况下,随着腹板高厚比的增加,冲击力峰值、平台值下降;冲击力持续时间增加,翼缘宽厚比规律与腹板高厚比类似但影响程度要小于腹板高厚比。当钢梁两端固定或一端固定一端铰支时,钢梁各板件的塑性耗能从大到小依次为:腹板、上翼缘、下翼缘;但随着钢梁两端约束作用减弱,下翼缘的耗能逐渐增大。当钢梁两端铰支时,随着长度的增加,腹板、上翼缘、下翼缘的塑性耗能发生两次转变,下翼缘的耗能超过腹板成为钢梁的主要耗能板件。     

影响大型H型钢开坯过程残余应力的研究

利用Deform-3D有限元模拟软件对H型钢开坯过程进行数值仿真模拟。分析得到了不同开坯温度、初始晶粒尺寸和不同轧制速度下的H型钢断面残余应力变化规律。通过模拟结果发现大型H型钢在开坯过程中产生的残余应力主要来源于变形不均。轧制过程中腹板部位变形量大,翼缘仅在轧制表面产生变形,H型钢变形的不均匀性使得其轧后存在很大残余应力。高温开坯轧制较低温开坯轧制轧后残余应力低,增大坯料晶粒尺寸会降低腹板残余应力,但整体残余应力会增加。提高箱型孔轧制速度尺角部位和翼缘边部残余应力明显减小。