腹板开孔冷弯薄壁型钢轴压短柱承载力试验与设计方法研究

为了研究腹板开孔冷弯薄壁型钢轴压短柱屈曲性能和承载力设计方法,对28个不同开孔尺寸和不同截面的腹板开圆孔和正方形孔冷弯薄壁卷边槽钢短柱进行了轴压承载力试验,其中未开孔、开圆孔、开矩形孔试件分别为4,12和12个,圆孔直径为0.3,0.5,0.7倍腹板高度,矩形孔高为0.2,0.4,0.6倍腹板高度.试验结果表明,构件发...     

三肢冷弯薄壁型钢拼合双腔箱形柱受压性能试验研究与数值分析

对12根三肢冷弯薄壁型钢拼合双腔箱形柱分别进行了轴压、偏压试验和数值模拟分析.通过试验研究,得到了各试件的荷载-位移、荷载-应变曲线以及最大承载力,并分析了屈曲模式和破坏特征.采用有限元软件ABAQUS分析了双腔箱形柱的长细比变化、截面腹板的高厚比变化、荷载偏心方向和偏心距参数对拼合双腔箱形柱受压性能的影响.结果表明,LT-A(长柱)和MT-A(中长柱)组试件的最终破坏模式为整体弯曲屈曲破坏,个别MT-A组试件破坏位置发生在柱端,其余均在柱中.试件的轴压最大承载力均随试件长细比的增大而逐渐减小.试件轴压最大承载力随截面腹板高厚比的减小而增大;偏压试件的最大承载力随着偏心距的增加而降低.     

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.     

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．     

腹板开孔标准轻钢龙骨力学性能比较研究

腹板开孔轻钢龙骨作为一种有效的节能构件而被广泛应用于寒冷地区的轻钢龙骨复合住宅体系中.采用ANSYS非线性有限元方法系统分析了在轴压、弯矩、压弯基本荷载作用下,腹板开孔对标准轻钢龙骨的屈曲模式、变形、截面应力、承载力等方面力学性能的影响规律,给出龙骨腹板孔洞的合理取值范围.结果表明,常用孔洞参数范围内腹板开孔对龙骨承载力的降低幅度可以控制在10%以内;腹板开孔后龙骨整体变形能力降低,峰值应变相应减小,使龙骨的初始刚度略微增大.腹板孔洞长度是影响龙骨力学性能的重要参数,随孔洞长度增加,龙骨承载力下降,延性变差.     

7075-T6高强铝合金轴心受压构件局部稳定试验研究

为研究结构工程中高强铝合金轴心受力构件的局部稳定性能,对7个7075-T6铝合金H型截面短柱开展了轴心受压试验,测量了7075-T6铝合金的材料力学性能和试件的局部几何初始缺陷,分析了试件的破坏形态、局部屈曲承载力、极限承载力.试验结果表明,7075-T6铝合金材料平均名义屈服强度达到536 MPa;试件翼缘与腹板的平...     

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.     

腹板开孔新型冷弯薄壁构件受弯性能研究

目的分析经腹板开孔处理的受弯构件静力性能变化,以及各参数值变化后对构件的影响规律.方法采用ANSYS有限元分析方法,以两种新型构件(HF1、HF2)的截面参数、孔洞参数作为变化量.对比分析两种新型构件腹板开孔、不开孔的屈曲模式、应力分布、挠度和承载力等.结果在常用孔洞参数范围内,构件开孔后性能降幅一般不高于10%,但构件延性会降低;截面高度对构件的抗弯能力起控制性作用;孔洞长度越长,构件的性能损失就越大.结论两种新型构件在腹板开孔后抗弯性能损失较小,各类参数取值不同能够影响构件的抗弯承载力.     

带初始缺陷的不锈钢方管短柱力学性能研究

通过对9个不同初始缺陷和不同宽厚比的不锈钢方管短柱进行轴压力学性能试验,分析了初始缺陷裂缝长度和宽厚比对试件轴压承载力和破坏模式的影响,得到了荷载—位移曲线、荷载—应变曲线以及应变强度分布曲线。研究结果表明:初始缺陷使不锈钢方管短柱局部屈曲时伴随着新裂缝的产生;不锈钢方管短柱的轴压承载力随宽厚比的增大而减小,随初始缺陷长度的增大而减小;初始缺陷对试件轴向刚度下降速率和延性基本无影响,初始缺陷对试件轴压承载力的影响随宽厚比的增大而增大;初始缺陷裂缝处底部的应变强度大于端部,底部的应力集中是导致柱原有裂缝继续延伸的一个主要因素。     

带槽口缺陷的圆钢管短柱轴压性能试验

本文对带有在圆钢管切割工艺中所产生的槽口缺陷的圆钢管短柱进行了系列力学性能试验研究。通过对144根圆钢管短柱进行筛选,挑选出合计51根带槽口缺陷的圆钢管短柱,并对该51根带槽口缺陷的圆钢管短柱试件进行轴压性能试验研究。分析了槽口缺陷类型、槽口缺陷高度以及钢管壁厚对试件破坏模式、初始刚度、延性和轴压承载力的影响,得到了荷载-位移曲线、初始刚度-槽口缺陷高度曲线、延性系数-槽口缺陷高度曲线、荷载-应变强度曲线以及极限承载力-槽口高度曲线。研究结果表明：对于带槽口缺陷的圆钢管短柱,管壁较厚的圆钢管短柱在槽口缺陷处只会产生凸起屈曲,而管壁较薄的圆钢管短柱在槽口缺陷处会有凸起屈曲和凹陷屈曲两种破坏模式。槽口缺陷会小概率使得圆钢管短柱有更明显的屈服平台,形成双峰曲线;槽口缺陷的存在会普遍减小圆钢管短柱的初始刚度和延性系数;槽口缺陷高度在0.5倍的壁厚范围内对初始刚度、延性系数和极限承载力的影响微乎其微;钢管管壁越薄,缺陷对极限承载力的影响愈加显著,其极限承载力下降幅值更大。最后,本文提出槽口缺陷影响系数并给出了考虑槽口缺陷的圆钢管短柱极限承载力计算公式。     

嵌入空心不锈钢球的钢管混凝土中长柱轴压性能

以长细比和空心率为参数,设计制作12根嵌入空心不锈钢球的钢管混凝土中长柱,以及用于对比的同参数钢管混凝土柱。通过轴压试验,获得了两种类型钢管混凝土柱的破坏形态和荷载-位移曲线,分析了长细比和空心率对试件轴压破坏形态的影响。试验结果表明:在试验的参数范围内,试件极限承载力随着空心率增大而降低,随着长细比的增加而降低,空心率对钢管混凝土构件的抗压能力影响较大,相较于实心构件,空心构件承载力降低程度最小为15%,最大可达34%。根据试验结果,提出嵌入空心不锈钢球的钢管混凝土中长柱极限承载力的计算方法,为工程应用提供了参考。     

960MPa高强度钢材轴压柱局部稳定性能及设计方法

为研究960 MPa(屈服强度标准值)高强度钢材轴心受压构件的局部稳定受力性能,本文使用ANSYS软件建立有限元模型,对4个箱形截面和4个工字形截面轴心受压构件进行了有限元分析.模型考虑了几何初始缺陷及焊接残余应力的影响,提取构件的极限承载力和局部屈曲临界承载力的有限元计算结果与试验实测结果进行对比,验证了模型的有效性.利用这种建模方法,对960 MPa高强度钢材箱形和工字形轴心受压构件的局部稳定受力性能进行了有限元参数分析,并将有限元计算结果,以及本文汇总的已有试验结果,与中国、美国和欧洲的钢结构设计规范中轴心受压构件的设计曲线进行了对比,并提出了新的设计公式.结果表明,本文使用的有限元建模方法能够准确地分析计算960 MPa高强度钢材轴心受压构件的局部屈曲受力性能;几何初始缺陷和残余应力对构件的极限应力的影响很小,但是对板件宽厚比较大构件的局部屈曲应力的影响相对较大;相对于中美欧现行钢结构设计规范中的设计方法,本文提出的设计公式更适用于960 MPa高强度钢材轴心受压构件的局部屈曲应力和屈曲后极限应力的设计计算.     

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...     

延性桥墩纵筋失稳长度的简化表达式

为了评估钢筋混凝土桥墩的极限水平位移,根据塑性铰区变形特性,合理确定塑性铰区长度是非常重要的.基于有限元分析,从理论上给出了桥墩根部纵筋失稳时的长度,并与实验结果进行了比较.通过纵筋失稳分析结果,提出了考虑到材料非线性时桥墩纵筋失稳长度的简化表达式.使用该表达式,可简单推算反复荷载作用下的钢筋混凝土桥墩纵筋失稳长度.     

铰支柱的弹－塑性流－固砰击屈曲实验研究

对流－固砰击作用下两端铰支柱的弹－塑性动力屈曲进行了实验研究。通过分析铰支柱的弹－塑性响应规律，定义了柱的动力屈曲准则和动力塑性准则，井给出了相应的临界冲量值。同时，分析了不同长细比对铰支柱的弹－塑性动力屈曲性能的影响，考察了流－固砰击柱的与高速冲击和低速冲击所不同的动力屈曲特征。     

钢材强度对预应力撑杆钢柱承载能力影响研究

在普通钢柱中引入撑杆和预应力索可以明显提升结构的承载性能.运用有限元软件ABAQUS,对双层预应力撑杆柱进行了屈曲分析,对比在不同撑杆长度和拉索直径下,钢材强度对双层预应力撑杆柱稳定承载性能的影响.研究结果表明:结构的屈曲模态决定了钢材强度与结构承载性能之间的关系,结构发生对称屈曲时,提升钢材强度对结构稳定承载力并没有显著影响;当结构发生反对称屈曲时,钢材强度的提升使得结构承载性能明显增强.     

混凝土柱中箍筋锈蚀影响纵筋压屈行为分析

为了估算箍筋锈蚀对混凝土柱剩余承载力的影响,利用能量原理推导了锈蚀箍筋抗拉刚度和锈蚀纵筋抗弯刚度退化情况下纵筋压屈模态的计算模型;列出了锈蚀纵筋压屈的1阶、2阶和3阶模态所对应的临界刚度系数Kcr,n;提出了根据箍筋锈蚀率推断纵筋压屈模态的判别式,其理论计算结果与计算机仿真试验结果能很好吻合.基于197根锈蚀钢筋的压屈试验,建立了锈蚀纵筋压屈模态与承载力之间的函数关系.所提出的计算模型可为既有混凝土柱剩余承载力评估中考虑箍筋锈蚀因素提供依据.     

带约束拉杆L形钢管混凝土短柱的偏压试验研究

对8个带约束拉杆L形钢管混凝土偏压短柱试件进行了试验研究,讨论其在不同约束拉杆设置、偏心率以及荷载角下的偏压性能.结果表明,约束拉杆的设置改变了钢管的屈曲模态,延迟了局部屈曲的发生,有助于L形钢管混凝土偏压短柱的承载力和延性的提高.在加载后期,处于加载肢的拉杆比处于非加载肢的拉杆对核心混凝土的约束作用明显,其中双列拉杆试件的肢端拉杆比肢内拉杆的约束作用更大.临近或达到极限承载力后,近力侧钢管壁对核心混凝土的约束作用较明显.利用纤维模型法计算的试件偏压极限承载力结果与试验结果吻合良好.     

薄壁矩形钢管混凝土受压柱临界宽厚比

对薄壁矩形钢管混凝土柱在轴压作用下的局部屈曲性能进行了研究。使用能量法分析了钢板的局部屈曲系数。假设钢管壁在非加载边受到弹性约束,在内侧受到混凝土的径向压力,通过计算弹性约束系数,得到了矩形钢管混凝土柱轴压下的临界宽厚比。从公式中得知径向力降低了钢管的屈曲应力。钢管屈曲系数随着约束系数的增大而增大,且与钢管截面高宽比和邻边厚度比有关。     

箱形预应力撑杆钢柱整体稳定性能研究

预应力撑杆钢柱具有稳定性能好、承载能力高等优点.采用有限元软件ABAQUS对中心柱截面为箱形的预应力撑杆钢柱进行了数值分析,并通过理论公式验证了数值分析的准确性.在此基础上进行线性和非线性屈曲分析,考察撑杆长度、撑杆截面尺寸以及初始缺陷大小等因素对这类结构构件整体稳定性能的影响.分析表明:当屈曲模态为对称屈曲时,增加撑杆长度可以有效提升箱形预应力撑杆钢柱的承载能力;同样地,撑杆截面尺寸对这类结构构件承载能力的影响也与其屈曲模态相关.