奥氏体型不锈钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定性能试验研究

为了研究奥氏体型不锈钢材轴心受压构件的整体稳定性能,对6根奥氏体型不锈钢焊接箱形截面柱进行了轴心受压试验研究,在试验前对试件的几何初弯曲进行了测量,在试验过程中对荷载初偏心进行了量测。基于试验结果,分析了该类型构件的失稳破坏形态和整体稳定承载力,并与欧洲钢结构规范和中国钢结构规范进行了对比。结果表明此次试验数据高于欧洲钢结构规范和中国钢结构规范的设计曲线,设计曲线较为保守。     

热轧不锈钢圆管柱轴心受压构件整体稳定性能试验研究

为研究不锈钢圆管柱轴心受压构件的整体稳定承载性能,对9根奥氏体型和10根双相型热轧不锈钢圆管柱进行了整体稳定轴心受压试验。根据试验前测量得到的试件的几何初弯曲和试验过程中得到的荷载初偏心,分析了不锈钢构件的失稳模态和整体稳定性能承载能力。将试件的试验结果与现行《欧洲不锈钢结构规范》和CECS410∶2015《不锈钢结构技术规程》的计算结果进行了对比,结果表明:两本规范对奥氏体型和双相型不锈钢稳定承载力计算结果较试验结果均偏于保守,且双相型不锈钢构件的保守度更加显著。     

Q460高强钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定性能研究

为研究高强度钢材轴心受压钢柱的整体稳定性能,对5个国产Q460钢材焊接箱形截面柱进行了轴心受压试验研究。试验对试件的几何初弯曲、荷载初偏心以及截面的纵向残余应力分布均进行了测量。基于试验结果,分析了该类钢柱的失稳破坏形态和整体稳定承载力,建立了有限元分析模型并对试验结果进行模拟计算。研究结果表明：试件破坏模态均为整体弯曲失稳形态,大部分试件稳定承载力高于规范设计值;有限元分析模型能够准确地考虑几何初始缺陷和残余应力的影响,计算结果与试验结果吻合良好;通过与国内外钢结构设计规范的对比,提出了国产Q460高强钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定设计的建议方法,即可以统一采用我国或欧洲规范的b类曲线进行设计,而不需要按板件宽厚比大小进行分类。     

冷成型不锈钢管轴心受压柱试验研究

为研究冷成型不锈钢管轴心受压柱的稳定性能,进行了国产304牌号冷成型不锈钢方管、矩形管和圆管截面,共43根轴心受压柱试验。通过对不锈钢材料、轴压短柱试件和轴压长柱试件的试验研究,得到了试件的材料力学性能和极限荷载。分析了试件的长细比、宽厚比（径厚比）对其破坏模式及变形性能的影响。结果表明：试件的宽厚比（径厚比）对其破坏模式及变形性能有较大的影响。采用GB 50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、欧洲不锈钢结构设计规范、美国冷成型不锈钢结构设计规范中的计算方法以及Rasmussen提出的设计方法对试验试件进行了计算,并与试验数据对比结果表明,对于圆管试件,采用三本规范计算得到的承载力均高于试验值,偏于不安全,采用Rasmussen 提出方法的计算结果与试验值较为接近;对于方矩管试件,各种方法计算结果相近,除短柱试件试验结果高于计算结果外,其余试件试验值均与计算结果吻合较好;GB 50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》中的计算方法不能直接用于计算不锈钢管轴心受压柱承载力。     

各国规范轴心受压构件相关稳定设计方法对比分析

钢结构轴心受压构件在板件宽厚比超过一定范围时会发生整体局部相关失稳。介绍美国、欧洲、中国和英国4种钢结构设计规范中关于轴心受压构件相关稳定的设计方法,并以焊接工字型截面轴心受压构件为例对各种规范的设计方法进行对比分析。美国钢结构设计规范通过引入屈曲折减系数Q对强度进行折减的方法考虑板件局部屈曲的影响,欧洲和英国钢结构设计规范均采用有效截面面积考虑板件的局部屈曲,并对构件长细比进行一定程度的折减。我国钢结构设计规范对于轴心受压构件相关稳定的设计方法仍需进一步研究和完善。     

不锈钢焊接工形截面压弯构件试验研究

为了研究不锈钢焊接工形截面压弯构件的静力承载性能,共设计了20根不锈钢压弯构件,并进行了压弯试验。其中10根为奥氏体不锈钢构件,包括5根绕强轴失稳试件和5根绕弱轴失稳试件,另外10根为双相型不锈钢构件,同样包括绕强轴和弱轴失稳试件各5根。试件长细比在50~120之间,设计荷载偏心距分别为50、60 mm和70 mm,并在试验前测量了试件的初始弯曲和荷载初偏心。根据试验结果,分析了试件的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线及承载力,并将试验结果分别与我国现行规范CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》和欧洲规范EN 1993-1-4中不锈钢压弯构件承载力的计算值进行了对比。结果表明:所有构件均发生平面内的整体弯曲失稳,且整体失稳前没有发现明显的局部板件屈曲;构件承载力随着偏心距、长细比的增大而降低;对于不锈钢焊接工字形截面压弯构件,两部规范的计算结果均偏于安全。     

激光焊接不锈钢工字形截面中长柱受力性能研究

为研究激光焊接奥氏体不锈钢工字形截面轴心受压中长柱的承载性能,对10根激光焊接不锈钢工字形薄柔截面中长柱进行轴心受压试验研究,结果表明,中长柱的破坏模式均为板件局部屈曲与构件整体弯曲屈曲的相关失稳。同时,基于残余应力试验,验证了已有激光焊接不锈钢工字形截面的残余应力分布模型。基于试验结果验证了有限元模型,对激光焊接不锈钢工字形截面轴心受压中长柱开展参数分析,研究了几何初始缺陷和残余应力对中长柱稳定承载力的影响,结果表明,残余应力是影响中长柱稳定承载力的主要因素。结合试验和有限元计算结果,对CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》中轴心受压构件稳定承载力设计公式的适用性进行评估,并考虑残余应力的影响修正了轴心受压构件整体稳定设计公式的计算系数。采用修正后计算系数的规范公式能准确计算激光焊接不锈钢工字形截面轴心受压构件的稳定承载力。     

考虑局部稳定影响的不锈钢圆管短柱轴压承载力试验研究

为研究不锈钢轴心受压圆管的局部稳定承载性能，对9根奥氏体型不锈钢圆管短柱、7根双相型不锈钢圆管短柱以及作为对比的3根Q355圆钢管短柱进行轴心加载试验，得到了不锈钢轴压短柱的破坏模式和局部稳定承载力。研究发现短柱均发生局部失稳破坏，径厚比是影响轴心受压短柱承载力的重要因素。将局部稳定承载力试验结果与欧洲不锈钢结构设计规范EN 1993-1-4、美国冷成型钢结构设计规范AISI S100-2016、美国钢结构建筑规范ANSI/AISC 360、美国不锈钢建筑结构规范ANSI/AISC 370-21中的设计方法进行对比，结果表明：对于径厚比较小的不锈钢圆管短柱，四种规范的预测承载力较为保守；对于部分径厚比较大的不锈钢圆管短柱，规范预测承载力偏于危险。     

大截面铝合金轴压构件整体稳定试验研究

随着大跨度铝合金结构的兴起,大截面铝合金构件的应用越来越广泛。为研究大截面铝合金轴心受压构件整体稳定性能,针对4个工字形6061-T6铝合金轴心受压构件和3个箱形6061-T6铝合金轴心受压构件进行了试验研究。试验中,以长细比为变量研究了构件的稳定承载力、破坏形态和荷载-位移曲线。并将试验结果与中国规范、欧洲规范和美国规范进行了对比。所有构件均发生典型的整体失稳破坏形态,中国规范与欧洲规范均对构件的承载力有明显低估,而美国规范较为准确地预测了试验结果。试验结果可为GB 50429—2007《铝合金结构设计规范》的修订提供建议。     

960 MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定试验研究

针对960 MPa高强度钢材轴心受压构件的局部稳定性能,对4个箱形截面试件和4个工字形截面试件进行了轴心受压试验。分析了试件的局部稳定性能,并将试验结果与我国、美国和欧洲钢结构设计规范的相应设计计算结果进行了对比分析,研究各国规范对960 MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定性能设计计算的适用性。研究结果表明：当构件的板件宽厚比相同时,960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲后强度要大于460 MPa高强度钢材构件,960 MPa高强度钢材构件应考虑钢材的屈曲后强度;我国现行钢结构设计规范中关于轴心受压构件局部屈曲应力的计算结果不适用于960 MPa高强度钢材构件;在试验钢材板件宽厚比范围内,960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲承载力,采用美国规范和欧洲规范的设计计算结果较为准确。     

960 MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定试验研究

针对960 MPa高强度钢材轴心受压构件的局部稳定性能,对4个箱形截面试件和4个工字形截面试件进行了轴心受压试验。分析了试件的局部稳定性能,并将试验结果与我国、美国和欧洲钢结构设计规范的相应设计计算结果进行了对比分析,研究各国规范对960 MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定性能设计计算的适用性。研究结果表明:当构件的板件宽厚比相同时,960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲后强度要大于460 MPa高强度钢材构件,960 MPa高强度钢材构件应考虑钢材的屈曲后强度;我国现行钢结构设计规范中关于轴心受压构件局部屈曲应力的计算结果不适用于960 MPa高强度钢材构件;在试验钢材板件宽厚比范围内,960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲承载力,采用美国规范和欧洲规范的设计计算结果较为准确。     

铝合金矩形开孔柱轴压性能试验研究

采用试验研究的方法,对6061-T6系列和6063-T5系列的铝合金矩形开孔柱的轴心受压性能进行了试验研究。试验主要研究了材料的力学性能、试件的初始几何缺陷、变形性能、破坏模式、轴压承载力、孔洞的存在及数目对铝合金轴心受压构件承载力和屈曲模式的影响等,并将试验所得结果与各国铝合金设计规范中相关公式计算所得结果和北美冷弯型钢轴心受压开孔构件的有效宽度法公式的计算结果进行了对比。通过试验和对比发现:中国规范关于铝合金轴心受压构件极限承载力的计算结果偏大,欧洲规范更贴近试验结果,孔洞的存在降低了构件的承载力,北美冷弯型钢轴心受压开孔构件的计算公式不适用于铝合金开孔构件。     

不锈钢箱形截面轴心受压构件整体稳定性有限元研究

为研究不锈钢箱形截面轴心受压构件的整体稳定性,采用ANSYS软件对奥氏体和双相体两种不锈钢箱形截面轴心受压构件的整体稳定性进行了数值模拟,模拟中考虑了材料的非线性本构模型、构件的初始几何缺陷、残余应力的影响。重点通过不锈钢箱形截面构件在轴压作用下的荷载-位移曲线、截面应变发展情况及极限承载力对其整体稳定性能进行阐述。通过对比有限元模拟值、试验值以及根据规范计算的承载力,认为采用ANSYS软件能对不锈钢箱形截面轴心受压构件进行准确地模拟,残余应力对箱形截面的极限承载力影响较小,《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)不适用于不锈钢整体稳定性设计。     

不锈钢焊接箱形截面柱轴心受压相关稳定试验研究

不锈钢的非线性材料特性使其构件承载性能不同于普通钢结构构件,需要开展专门的研究。通过焊接加工8个不锈钢箱形截面柱,包括奥氏体型S30408和双相型S22253两种牌号,在试件两端铰接的约束条件下开展轴心承压加载试验。试验中对板材力学性能、试件的局部与整体几何初始缺陷、纵向焊接残余应力分布和加载初偏心进行了测量。加载试验得出了板件的局部屈曲承载力与构件的相关稳定承载力,展示了从组成板件局部屈曲到构件整体弯曲屈曲的渐变失效形态。将试验结果与欧洲不锈钢规范EN 1993-1-4、直接强度法和中国冷弯薄壁型钢结构技术规范GB 50018的计算公式进行比较表明,由于欧洲规范和直接强度法没有考虑不同牌号不锈钢材料力学性能的差异,对双相型S22253构件的承载力计算偏于保守,而奥氏体型S30408构件的计算承载力偏于不安全;而中国规范GB 50018没有考虑焊接残余应力、几何缺陷和材料非线性的不利影响,高估了构件的相关稳定承载力。所得到的试验结果将为后续的数值分析与理论研究提供数据支撑。     

中美欧钢结构标准设计方法比较

对中国、美国、欧洲钢结构设计标准中一些典型问题进行了比较分析。结果表明:对轴心受拉构件,美、欧标准考虑更为全面;对轴心受压构件整体稳定计算,三本标准采用的设计思想较为接近,美、欧标准的φ系数高于我国规范;对轴心受压构件的局部稳定计算,美、欧标准根据板件的宽厚比限值对截面进行分类,且利用屈曲后强度;受弯构件整体稳定计算时中国规范的整体稳定系数φb最大,美国规程次之,欧洲规程最小。     

高强焊接圆钢管轴心受压整体稳定性能设计方法研究

关于高强度焊接圆钢管受力性能的研究尚处于起步阶段,我国《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)中针对焊接圆钢管轴心受压构件的整体稳定设计方法缺乏足够的研究依据,因此有必要对焊接圆钢管的整体稳定性能进行深入研究。利用ANSYS有限元软件对试验试件进行数值模拟计算,基于验证模型,对不同强度等级钢材和不同截面尺寸的高强度焊接圆钢管受压构件进行有限元参数分析。通过与国内外规范进行对比,最终对高强度焊接圆钢管的整体稳定设计方法提出两种建议:一是对于高强度焊接圆钢管截面轴心受压整体稳定承载性能可按照我国《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)或欧洲规范Eurocode 3的a类柱子曲线进行设计计算;二是基于我国《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)和欧洲规范Eurocode 3中的柱子曲线的公式形式,更新柱子曲线的缺陷系数,给出了新的设计曲线。     

端部带约束的超高强度钢材受压构件整体稳定受力性能

高强度钢材(屈服强度≥460MPa)已经在国内外多个钢结构实际工程中得到应用,但关于其受压构件整体稳定性的研究还很少,特别是屈服强度超过690MPa的超高强度钢材。针对两种超高强度钢材S690和S960(名义屈服强度分别为690MPa和960MPa),进行了端部带约束的受压构件整体稳定受力性能的试验研究,试验共包括8个试件。基于试验结果,分析该类钢材构件的失稳破坏形态和屈曲承载力,利用经过验证的有限元模型计算其整体稳定系数,并与欧洲规范和我国规范的柱子曲线进行对比分析。结果表明,超高强度钢材受压构件整体稳定系数的试验值要明显高于其所在的b类柱子曲线,甚至比欧洲规范的a0类柱子曲线和我国规范的a类柱子曲线还要高出很多。这说明超高强度钢材受压柱的屈曲强度较普通强度钢材的屈曲强度有明显提高。这些试验研究和有限元分析成果为完善我国超高强度钢材的稳定设计方法和设计理论提供了重要的试验依据和前提条件,并有利于超高强度钢材在我国钢结构工程中得到更广泛的应用和发展。     

Q690高强钢焊接箱形轴压构件整体稳定研究及设计建议

为研究Q690高强钢焊接箱形轴心受压构件的整体稳定性能,给出适合该类构件的设计建议,通过对3根Q690焊接箱形截面试件的残余应力试验,得到了箱形截面的残余应力分布模型。设计并制作了5根Q690焊接箱形柱,并对其两端铰支条件下进行了轴压试验研究,试验前分别对试件的几何初始缺陷和初始偏心均进行了测量。轴压试验中,所有试件破坏形式均为整体失稳破坏。基于试验结果,分析了该试件的整体稳定性能,采用直接分析法建立了数值模型,并校验了数值模型的准确性。同时,采用该数值模型对箱形轴压构件进行了参数分析,基于试验和参数分析结果,给出了Q690焊接箱形轴压构件的一阶弹性设计建议。     

Q550高强度钢焊接H形柱轴心受压承载力试验研究

高强度钢在钢结构工程中的应用可以促进科技进步,还可以带来显著的经济和社会效益,是钢结构工程发展和进步的必然趋势。为了推动Q550高强度钢在我国钢结构工程中的应用,首先研究了Q550钢材的力学性能。按照两种长细比设计了6个高强焊接H形柱试件,对其进行了轴心受压承载力试验,研究分析了Q550高强度钢焊接H形钢柱的轴心受压的极限承载力、荷载-位移曲线。对构件的承载力和稳定系数进行了理论和试验结果的对比分析。结果表明:Q550高强度钢焊接H形柱轴心受压破坏是失稳破坏,使用性能很好,试验承载力高于按照现行《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)计算的值,试验得到的稳定系数也高于规范规定的值。     

铝合金轴心受压构件局部整体相关稳定试验研究

铝合金轴压构件局部与整体相关稳定性能,在国内外尚无系统的研究。为此,该文对12根铝合金6061-T6和6063-T5工形截面轴心受压构件的局部整体相关稳定性能进行试验研究,包括其破坏形式、变形性能以及极限承载力等。将试验结果与中国规范、欧洲规范、美国规范和澳大利亚/新西兰规范计算结果进行对比分析,验证各规范设计方法的可靠性。采用有限元软件ANSYS对试验结果进行模拟计算。研究结果表明：有限元模型能够准确地计算铝合金轴压构件的承载力,可以应用在下一步的参数分析中;各国规范设计方法对弱硬化合金承载力计算的准确程度优于强硬化合金;美规和澳规对弱硬化合金极限承载力的计算较准确,但是对强硬化合金的计算偏于保守;中国规范和欧规分别考虑局部失稳和整体失稳,并将两者的影响进行叠加,计算结果过于保守。因此,需要调整中国规范中的参数,以得到更加合理的设计。