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.     

轻钢轴压构件受力性能的有限元分析

轻钢结构是目前多层建筑广泛使用的结构形式之一,其墙骨架中的轴压构件可以采用冷弯薄壁型钢拼合截面和单独型钢截面两种形式,为了更好地研究两者的受力性能,利用有限元软件ABAQUS对轴心压力作用下惯性矩近似相等的冷弯薄壁型钢拼合截面与方钢截面进行了模拟分析,对比了两种截面形式轴压柱的承载性能,并根据理论计算公式验证了有限元模拟的可行性,得到了二者的受力性能特点,给出了工程应用建议.     

冷弯型钢和热轧型钢轴压柱性能研究概述

依照钢结构设计规范(GB50017-2003)和冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB50018-2002),对冷弯型钢和热轧型钢轴压柱性能进行了对比分析。分析结果表明:冷弯型钢与热轧型钢性能有很大差别,设计规范不能合一。冷弯型钢壁薄、截面允许局部屈曲且形式多样,有其自身特殊的计算方法。     

新型冷弯薄壁型钢组合龙骨轴压性能试验研究

为解决轻钢结构承载能力低、敲击空鼓、防火防腐等诸多问题,设计了一种新型中间支撑轻钢灌浆墙体,其龙骨截面形式为多肢组合截面.开展了竖龙骨和立柱龙骨的轴心受压试验,并进行了精细化有限元分析.结果表明,在轴心荷载作用下,竖龙骨和立柱龙骨主要发生整体弯曲屈曲破坏,且伴随有畸变屈曲现象,二者出现的先后顺序不同.立柱轴压承载力达到127kN,可以作为墙体体系中的主要受力构件.ABAQUS有限元软件可以精确地模拟出冷弯薄壁型钢组合截面龙骨的极限承载力和破坏模式,模拟结果与试验结果吻合良好.通过调整长细比及有效截面面积,对现行规范中轴压构件承载力计算方法进行修正,得到了竖龙骨与立柱轴压承载力的合理计算方法.     

填充轻聚合物的预制冷弯薄壁型钢组合墙板抗剪性能有限元分析

本文研究了一种填充轻聚合物的预制冷弯薄壁型钢组合墙板,在工厂中将轻聚合物高压注入冷弯薄壁型钢骨架区格中形成预制墙板.通过有限元软件ABAQUS建立6片预制组合墙板数值分析模型,考虑了冷弯薄壁型钢与轻聚合物之间的复杂接触问题、初始缺陷及屈曲模态等参数,主要对荷载-位移关系曲线及受力全过程应力分布进行了深入分析,试验结果验...     

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.     

冷弯型钢夹支薄板剪力墙在竖向荷载作用下抗火性能分析

为了得到冷弯型钢夹支薄板剪力墙的抗火性能,利用有限元软件ABAQUS建立7个夹支薄板剪力墙模型,分析了火灾下剪力墙的温度分布、轴压比、冷弯型钢边柱厚度和竖向加劲肋对墙体抗火性能的影响。研究表明,受火2h时,内嵌钢板温度为墙体最高受火温度的80％,边柱与竖向加劲肋背火面帽形截面腹板处的温度为受火面相应位置温度的1/4。随着轴压比的增大,墙体在火灾下的破坏位置上移,并由整体屈曲向局部屈曲转变。边柱壁厚对墙体的破坏形态与耐火极限有较大影响,建议选取边柱壁厚不小于2.5mm;有加劲肋的墙体可以利用加劲肋平衡钢板;过早屈曲所导致的不均匀拉力,对墙体在遭受火灾时产生的破坏具有一定的延缓作用。墙体发生弯曲的方向与边柱的承载能力有关,墙体发生弯曲时,边柱帽形截面的帽檐首先发生较大屈曲变形,随后全截面发生屈服。     

火灾后型钢混凝土构件抗弯和轴压刚度计算方法

火灾后构件的截面刚度是进行结构内力分析的基础,也是进行火灾后力学性能评估和抗震分析的关键指标。为计算火灾后型钢混凝土柱初始、使用阶段的抗弯和轴压刚度,该文采用火灾后型钢混凝土柱力学性能的有限元分析模型对常用参数范围内影响火灾后型钢混凝土柱初始、使用阶段的抗弯和轴压刚度的参数进行了参数分析。结果表明:升温时间、截面周长和截面含钢率是主要影响因素。在参数分析的基础上,给出了相应的实用计算公式,结果可为型钢混凝土柱火灾后的力学性能分析提供参考。     

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.     

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。     

火灾后外包薄壁钢管加固钢筋混凝土轴压柱力学性能的数值模拟

基于有限元ABAQUS软件,通过建立温度场模型与静力加载模型,对外包薄壁钢管加固ISO 834标准火灾作用后的钢筋混凝土(RC)柱的轴压性能进行研究.分析外包钢管厚度、加固方式和截面形状对外包薄壁钢管加固火灾后RC柱的刚度、轴压承载力和极限变形能力等的影响规律.结果表明:外包薄壁钢管加固火灾后RC柱的刚度、轴压承载力和变形能恢复甚至超过火灾前试件的水平,且随钢管厚度的增加、加固方式的改变,以及加固后截面形状的不同,混凝土柱的受力性能有不同程度的提高.     

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.     

基于ANSYS Workbench的货架立柱截面优化设计

货架立柱是由薄钢板冷弯而成,其截面形状是影响承载能力最关键的因素之一.基于ANSYS Workbench软件的优化设计功能,在有限元分析的基础上对货架立柱截面进行优化设计.通过计算相关参数的敏感性以及输入参数的响应来确定优化方案,进而设定优化目标来计算出优化结果.     

薄壁槽型钢-混凝土梁在标准火灾下的温升特性

对薄壁槽型钢-混凝土组合梁在标准火灾下的温度响应及耐火性能进行研究.采用在空间上运用有限单元与在时间上运用有限差分相结合的方法,应用ANSYS热分析程序,对薄壁槽型钢-混凝土构件在火灾下的温度场进行分析与计算.结果表明,在ISO-834标准升温曲线下,组合梁截面的温度分布是不均匀的,单纯地用给定临界温度来判定构件是否失效不合理.此外,填充混凝土能有效改善钢构件的温度场变化规律,在升温前期,填充混凝土的薄壁槽型钢-混凝土组合梁的温度显著低于未填充的型钢梁,降幅达30%~60%.     

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。     

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.     

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.     

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。