U肋加劲板受压局部稳定计算方法研究

建立U肋加劲板中母板、U肋腹板及U肋翼缘的四边简支板有限元模型.在考虑焊接残余应力、初始局部缺陷的情况下,分析各板件相对宽厚比与局部稳定系数之间的关系,并分别通过多项式拟合与Perry公式拟合的方法,提出适用于各种组成板件局部稳定系数的简化公式及屈曲曲线,并与各国规范规定的屈曲曲线进行比较.研究表明,Perry公式拟合的局部稳定屈曲曲线比多项式拟合在更小的相对宽厚比时开始折减;对于相同类型的板件,不同强度下Perry公式拟合的局部稳定屈曲曲线基本重合,而多项式拟合的局部稳定屈曲曲线略有区别;当钢材强度为345 MPa时,各板件简化公式的屈曲曲线均低于欧洲规范与美国规范规定的屈曲曲线;当相对宽厚比为0.6～1.6,各种板件简化公式的屈曲曲线均高于《公路钢结构桥梁设计规范》规定的屈曲曲线.     

Q420钢U肋加劲板轴压承载性能试验研究

对4个缩尺比1∶2的Q420钢U肋加劲板进行轴压承载性能试验,分析U肋加劲板极限承载力、破坏形式以及破坏机理。结果表明：4个U肋加劲板极限承载力均达到全截面屈服承载力;受压U肋加劲板的破坏形式分为局部屈曲、整体屈曲和合成屈曲破坏3种;极限状态下,受压U肋加劲板在达到极限承载力前发生局部屈曲,最后发生整体屈曲导致板件破坏;通过板件柔度确定的最易发生屈曲的板件位置与实际破坏位置基本一致,说明板件柔度能够预测U肋加劲板在极限状态下的破坏位置。     

设置斜向加劲肋钢梁试验研究

在剪力作用下,当钢梁腹板高厚比较大时,腹板会沿主压力方向发生屈曲,从而降低钢梁承载力,为此提出了在腹板主压应力方向设置斜向加劲肋,以提高腹板的抗屈曲能力.对腹板设置斜向加劲肋的简支钢梁及在梁长四分点设置或不设置加劲肋的平腹板简支钢梁进行了跨中集中荷载作用下的静力试验,对其受力性能进行了分析,着重探讨了设置斜向加劲肋工字钢梁的腹板局部屈曲性能、屈曲形式、屈曲后强度和承载能力.试验研究表明,腹板设置斜向加劲肋工字钢梁具有优异的屈曲后能力,钢梁的极限承载能力大大提高.     

两侧钢管束带加劲肋的钢管束砼组合剪力墙压弯性能试验

针对钢管束混凝土组合剪力墙两侧钢管束底部屈曲的破坏模式,提出了一种在两侧钢管束中内置通长加劲肋的加强方式.通过4片两侧钢管束带加劲肋的钢管束砼组合剪力墙和2片无加劲肋普通钢管束砼组合剪力墙的拟静力加载试验,研究在低周反复水平荷载作用下,两侧钢管束带加劲肋的钢管束砼组合剪力墙的压弯性能,分析讨论剪跨比和轴压比对加劲肋改善...     

加劲肋对组合工字梁腹板局部稳定性影响的有限元分析

本文采用有限元分析的方法研究了横向和纵向加劲肋对组合工字梁在弯曲作用下腹板局部稳定性的影响,并根据计算结果分析了加劲肋的配置对提高组合粱局部稳定性的作用。     

钢桥面板顶板与竖向加劲肋连接角焊缝疲劳试验

为研究钢桥面板顶板与竖向加劲肋连接角焊缝的疲劳性能,采用机械型振动疲劳试验机对制作的9个试件进行等幅疲劳加载,并通过名义应力和热点应力2种方法对试件焊缝疲劳性能进行评价。试验结果表明：疲劳荷载作用下,试件疲劳裂纹开展路径均从焊趾处萌生、沿焊趾开展、最终垂直于焊趾沿板横向往两侧对称扩展。采用名义应力法时,试验结果均位于JSSC-G疲劳强度为50 MPa的S-N曲线上方;采用热点应力法时,试验结果均位于Eurocode 3规范疲劳强度为100 MPa的S-N曲线上方。建议本试验构件疲劳细节的角焊缝疲劳强度取名义应力50 MPa、热点应力100 MPa。     

计入加劲肋的圆孔蜂窝组合梁强度简化计算

为了简便计算带加劲肋的圆孔蜂窝组合梁的强度,应用空腹桁架理论,推导了计入加劲肋影响的圆孔蜂窝钢 - 混凝土组合梁强度简化计算公式.通过算例与ANSYS进行验证,结果表明本文的分析方法是正确的,并建议对剪力分布大的梁段混凝土板内配置受拉钢筋.将计算结果与没有加劲肋的算例梁计算结果进行比较,结果表明,加劲肋可以通过增加计算截面面积来提高蜂窝组合梁承载力.     

基于等稳定水准的中厚板加劲肋优化设计

在柔性加劲理论的基础上,以单轴均匀受压板件为对象,利用小刚度加劲厚板极限强度公式,提出了基于等稳定水准的中厚板加劲肋优化设计的具体方法.优化过程以加劲肋尺寸和数量为决策变量,以单位重量母板的加劲肋用钢量为目标函数,并以加劲板发生整体失稳破坏、肋间母板和加劲肋不发生局部屈曲、加劲板极限强度满足设计要求等作为约束条件.优化工作采用有约束混合整数非线性规划和有约束非线性规划理论,并结合MATLAB和YALMIP优化工具箱进行.算例分析表明,对中厚板采用基于等稳定水准的加劲肋优化设计是安全可行的.在满足相同的加劲板极限强度需求条件下,给出的加劲肋布置形式具有比刚性加劲设计更好的工程经济效益,且板件宽厚比越小,加劲肋用钢量的节约效果就越明显.     

计入局部刚度和稳定约束的钢桥面板优化设计

采用有限元法和优化技术相结合的方法同时解决钢桥面板的局部受力问题与局部稳定问题,其中钢桥面板的结构分析采用等效格子梁法,编制了分析程序;钢桥面板的局部稳定计算采用日本规范.以计入结构材料重量和焊缝体积的结构造价为目标函数,建立了考虑局部受力和稳定容许应力约束的钢桥面加劲板优化分析模型.利用ANSYS软件的优化分析功能,采用可行方向法进行优化迭代分析,并将该方法应用到某钢箱梁的优化分析中.优化结果表明:适当增加横隔板间距、加大顶板和U肋厚度能更有效地满足结构受力和局部稳定要求.优化结果可作为钢箱梁设计的参考.     

钢桥塔局部稳定试验与数值分析

依据钢桥塔的结构形式和受力特点,设计了具有典型构造形式的钢桥塔节段模型.对模型进行了轴心受压试验,得到了构件破坏时的稳定承载力、局部失稳模态以及受力特征,揭示了钢桥塔局部失稳破坏机理,建立了钢桥塔节段的板壳有限元模型,分别进行了一类稳定和二类稳定计算.结果表明:考虑材料非线性、几何非线性以及结构初始缺陷影响的二类稳定计算结果与试验结果吻合较好;局部失稳的发生导致了结构的几何构形发生了改变,在局部变形不断增大的同时,钢桥塔壁板的轴向应变分布也由均匀变为不均匀;基于模型试验和数值分析结果,对钢桥塔的稳定性分析和设计提出了建议.     

加劲压力钢管稳定性分析方法研究

总结了分析压力钢管局部稳定性的常用方法,提出了分析加劲压力钢管局部稳定性的半解析有限元法,推导出了圆柱壳单元的弹性刚度矩阵和几何刚度矩阵,考虑了初始缝隙对埋藏式加劲压力钢管抗外压稳定性的影响,并且编制了相应的半解析有限元计算程序,最后通过计算实例验证了半解析有限元法及程序的正确性与有效性.     

Q420钢材应变硬化与应变率效应的试验

利用INSTRON拉伸试验机和Zwick/Roell HTM5020型高速拉伸试验机对Q420钢材开展了不同应变率下(0.001~288s-1)的单轴拉伸试验,研究应变率效应对钢材力学性能的影响.试验结果表明,Q420钢为应变率敏感型材料,其硬化特征随应变率的提高而变化.采用ANSYS中LSDYNA模块对静力和动力拉伸试验进行仿真模拟,通过逆向反推的方式获得了Q420钢颈缩后的真实应力应变曲线.仿真结果显示,Q420钢材的真实应力应变关系随着应变率的提高,从幂次型的Ludwik准则向指数型的Voce准则转化.为得到更优的动本构模型,在H/V-R本构模型中引入新的应变率准则,以Cowper-Symonds模型中的钢材动力放大系数代替H/V-R本构模型中的线性Wagoner应变率准则.结果显示,修正H/V-R本构模型很好地吻合了试验数据,准确反映了大应变状态下的应变硬化特征和应变率对应变硬化的影响.     

钢材应变硬化与应变率效应的试验

利用INSTRON拉伸试验机和Zwick/Roell HTM5020型高速拉伸试验机对Q420钢材开展了不同应变率下（0.001-288s-1）的单轴拉伸试验,研究应变率效应对钢材力学性能的影响。试验结果表明,Q420钢为应变率敏感型材料,其硬化特征随应变率的提高而变化。采用ANSYS中LS-DYNA模块对静力和动力拉伸试验进行仿真模拟,通过逆向反推的方式获得了Q420钢颈缩后的真实应力应变曲线。仿真结果显示,Q420钢材的真实应力应变关系随着应变率的提高,从幂次型的Ludwik准则向指数型的Voce准则转化。为得到更优的动本构模型,在H/V-R本构模型中引入新的应变率准则,以Cowper-Symonds模型中的钢材动力放大系数代替H/V-R本构模型中的线性Wagoner应变率准则。结果显示,修正H/V-R本构模型很好地吻合了试验数据,准确反映了大应变状态下的应变硬化特征和应变率对应变硬化的影响。     

Q420高强钢角焊缝承载力特性试验及模拟分析

角焊缝是钢结构及钢管法兰连接的重要连接形式,直接影响法兰安全性。为了研究角焊缝在无劲法兰中受力状态及承载力特性,开展了双盖板正面角焊缝拉伸试验,测定角焊缝的变形特性及不同部位应变的发展规律,分析轴拉受力过程中角焊缝的应力-应变关系,计算确定角焊缝的屈服强度、极限强度和弹性模量。不同规格板厚正面角焊试件的屈服强度与其设计强度比值为1.9,极限强度与其设计强度比值为3.0,角焊缝的弹性模量与钢材基本相同。开展角焊缝试件的非线性有限元模拟,角焊缝荷载-位移曲线分析结果与试验结果吻合较好,且破坏形态与试验一致。研究表明我国《钢结构设计规范》中角焊缝的设计规定是偏于安全的。     

V-N微合金化Q550D高强度中厚板

对V-N微合金化Q550D高强度中厚板进行了控轧控冷工艺试验,研究了沿厚度方向不同位置的显微组织,并测定了其综合力学性能.结果表明:V-N微合金化Q550D中厚板显微组织为多边形铁素体+针状铁素体,表面至心部的平均晶粒尺寸逐渐增大,针状铁素体的质量分数逐渐减少,20~30 nm的(Ti,V)N及小于10 nm的V(C,N)析出物弥散地分布在多边形铁素体和针状铁素体基体上;试验钢屈服强度、抗拉强度、断后延伸率、-20℃冲击功分别为651 MPa,733 MPa,18%,170 J;细晶强化、析出强化、位错强化、固溶强化、针状铁素体组织强化为主要的强化机制;晶粒细化、低C成分设计、针状铁素体组织的形成为主要的韧化机制.     

T形肋正交异性组合桥面板力学性能

为了检验所提出的T形肋正交异性组合桥面板在局部车轮荷载作用下的受力特性及这种桥面板在桥梁第二体系中的受力性能,并区分其与常规桥面板的受力性能,设计制作了4个不同桥面板试件,其中包括一个混凝土桥面板,一个正交异性钢桥面板,两个不同尺寸的T形肋正交异性组合桥面板.通过静力试验测试了不同桥面板在荷载作用下负弯矩区混凝土开裂情况、桥面板不同部位的结构应变和变形等.试验结果表明T形肋正交异性组合桥面板在车轮荷载作用下其局部应力水平显著低于正交异性钢桥面板,相同宽度的T形肋正交异性组合桥面板其极限抗弯承载力分别是混凝土桥面板和钢桥面板的2.30倍和1.57倍以上,表明T形肋正交异性组合桥面板具有较强的抗疲劳性能.     

Q420大规格双角钢十字组合截面构件受力性能

大规格双拼组合角钢构件相对于普通规格多角钢组合截面构件,以承载力高、施工简便和耗能少等优点,逐步在工程实践中的得到了推广。本文以Q420大规格双角钢十字组合截面构件为对象,构建了大规格双角钢十字组合截面构件的有限元模型,采用控制变量法,探讨了填板厚度、角钢壁厚、长细比、填板间距对大规格双拼组合角钢构件承载能力的影响规律;基于不同参数的计算结果,拟合了含有填板间距和长细比的填板设计公式,进而计算了大规格双角钢十字组合截面构件的承载力稳定系数,并将计算结果与国内外现行规范中的双拼角钢组合截面的柱子曲线进行了对比。研究结果表明：现行规范对Q420大规格双角钢十字组合截面构件承载能力的计算偏保守。     

Q420钢热变形行为及流变应力模型研究

利用Gleeble-2000热模拟实验装置对Nb,V微合金化Q420高强度低合金钢(HSLA)进行了高温单道次压缩实验.研究了变形条件对该钢的动态再结晶行为的影响,并建立了一系列完整的描述高温变形的流变应力模型.实验结果表明:动态再结晶只在较高变形温度和低应变速率下发生,且峰值应力、稳态应力、峰值应变和临界应变与lnZ呈线性关系;流变应力预测模型和实验结果吻合良好.     

变形及热处理制度对Q420厚板组织与性能的影响

介绍了规格100 mm Q420特厚板的物理模拟过程,分析了不同变形和热处理工艺对Q420特厚板组织和性能的影响,并得出不同质量级别Q420厚板的最佳生产工艺.结果表明:采用TMCP工艺钢板的强度、塑性和韧性均优于采用UPR工艺的钢板,且相应位置铁素体晶粒较细小;热轧钢板正火热处理显著改善了钢的塑性和韧性,但是降低了钢的强度;不同热轧工艺厚板在相同的正火温度下,热处理后钢板的强韧性相差较小,热处理前的轧制方式对热处理后钢板的组织和性能影响不大.