卷边C形截面不锈钢柱畸变屈曲直接强度法

为研究轴心受压卷边C形截面不锈钢柱的畸变屈曲承载力,采用ABAQUS软件对不锈钢轴压构件进行了非线性有限元模拟,并通过现有试验验证了有限元模型计算结果的准确性。弹性畸变屈曲荷载是采用直接强度法（DSM）的关键参数,首先研究了边界条件对构件承载力的影响,然后对比分析了现有轴心受压卷边C形截面不锈钢柱畸变屈曲承载力的计算方法与试验结果,发现BECQUE等提出的DSM公式与AISI中的畸变屈曲DSM公式均不能准确地预测卷边C形截面不锈钢构件的畸变屈曲承载力。最后,在大量有限元分析的基础上提出了轴心受压卷边C形截面不锈钢柱畸变屈曲承载力计算公式,并采用现有的试验结果验证了该公式的准确性。     

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压柱畸变屈曲试验研究

本文对550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件畸变屈曲性能进行了试验研究,17根试件的试验结果表明:由于试件局部屈曲一般发生在畸变屈曲之前,促使畸变屈曲提前出现,这种相关作用减弱了构件整体刚度,降低了构件承载力;澳洲规范AS/NZS 4600:1996及北美规范NAS 2004中关于发生畸变屈曲构件承载力的计算方法没有考虑局部屈曲和畸变屈曲相关作用的不利影响。依据试验结果本文提出了一种修正直接强度法的建议计算方法,该法计算结果与试验结果较为接近且偏安全。     

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件试验研究及承载力分析

对63根屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件进行试验研究,分析了构件的屈曲模式和极限承载力,并将参考AISI规范、澳洲规范和北美规范及我国现行行业标准《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（报批稿）计算的构件承载力与试验结果进行分析比较。在此基础上,对高强超薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件的承载力合理计算模式进行研究。结果表明：高强超薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件在宽厚比较大时会出现畸变屈曲模式;采用等效板件方法计算加劲板件有效宽度后,我国《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（报批稿）适用于屈曲强度550MPa、厚度小于2.00mm的冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件承载力计算。     

冷弯薄壁型钢轴压构件畸变与整体相关屈曲承载力计算方法研究

基于我国《冷弯型钢结构技术规范》(征求意见稿)和北美规范及澳洲/新西兰规范中的直接强度法,利用国内外已有的试验数据,计算了60根破坏模式为畸变与整体相关屈曲的轴压试件以及50根破坏模式为畸变屈曲的轴压试件的承载力。通过计算值与试验值的对比分析表明：我国《冷弯型钢结构技术规范》(征求意见稿)中直接强度法所计算的轴压试件畸变与整体相关屈曲的承载力与试验值之比的平均值接近1.0,结果较为理想;计算所得的轴心受压试件畸变屈曲的承载力明显高于试验值,偏于不安全。基于上述结果,对《冷弯型钢结构技术规范》(征求意见稿)中直接强度法计算畸变屈曲的承载力提出了相应建议,即畸变与整体相关屈曲的承载力计算公式和畸变屈曲的承载力计算公式不应统一,应区别对待或给出附加核查条件,在计算畸变半波长度和畸变屈曲的承载力时,采用屈服荷载而非构件整体稳定承载力。     

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件畸变屈曲性能研究

建立了考虑材料和几何双重非线性的550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件畸变屈曲性能分析的有限元模型,并通过对两种厚度高强冷弯薄壁型钢轴压构件畸变屈曲试验已有结果的分析比较验证了其有效性;采用该模型进一步分析了厚度、长度、初始缺陷模式及幅值等参数对畸变屈曲轴压构件承载力的影响,并对轴压构件畸变屈曲发生机理进行了探讨。结果表明：厚度、长度和初始缺陷模式是影响畸变屈曲轴压构件承载力的主要因素,且卷边面内屈曲是槽形截面轴压构件发生畸变屈曲的主要原因。通过理论计算与试验结果的对比分析,表明可以采用建议方法计算此类复杂截面轴压构件的畸变屈曲承载力。     

腹板开圆孔冷弯卷边槽钢轴压构件畸变屈曲承载力试验及计算方法

对26根屈服强度为235 MPa的腹板开孔和未开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件进行畸变屈曲承载力试验研究,分析构件的屈曲模式和极限承载力。将我国及北美相关规范计算的构件承载力以及非线性有限元数值模拟结果与试验结果进行分析比较,并对腹板开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孔构件的畸变屈曲稳定承载力;非线性有限元方法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。     

翼缘加劲与未加劲C形轴压构件畸变屈曲临界应力计算简式

作为计算轴压构件畸变屈曲临界应力的有效方法,Lau和Hancock的计算式已被我国《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》(JGJ227-2011)采纳.然而,Lau和Hancock的计算式无法计算固支轴压构件畸变屈曲临界应力,且采用该计算式的参数多、计算过程烦琐.以畸变屈曲临界应力σcr.D计算简式中的畸变屈曲系数kD为研究对象,采用有限条软件CUFSM对影响翼缘中间V形加劲C形截面kD的关键因素进行了分析,给出了该截面简支、固支轴压构件系数kD的计算式,并进一步分别简化得到了C形截面简支、固支轴压构件系数kd的计算式.数值算例对比表明,σcr,d计算简式避免了烦琐复杂的截面几何参数计算,同时适用于翼缘V形加劲、未加劲C形轴压构件畸变屈曲临界应力的计算,特别是对于《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018-2002)和《建筑结构用冷弯薄壁型钢》(JG/T 380-2012)中的C形截面,较Lau和Hancock的计算式以及Schafer的计算式精度更高.     

开长圆孔轴压构件畸变屈曲承载力试验

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畸变屈曲承载力试验研究,分析构件的屈曲模式和极限承载力。利用现行国家规范GB50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、北美冷弯钢结构构件设计规范AISI S100-2012计算构件承载力及非线性有限元数值模拟结果与试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。     

绕弱轴纯弯的冷弯薄壁型钢构件畸变屈曲性能研究

采用有限条软件CUFSM对不同截面几何参数的冷弯薄壁卷边槽钢绕弱轴纯弯进行畸变屈曲应力计算,并根据经典板件屈曲应力公式计算构件翼缘畸变屈曲系数,分析构件截面几何参数的变化对畸变屈曲系数的影响,在此基础上,提出适用于求解直卷边槽钢绕弱轴纯弯畸变屈曲应力的简化公式。与有限条法和基于广义梁理论的横向弯曲铰支计算模型的计算公式进行对比,所提出的公式具有较高精度,且简单实用、便于手算,建议公式可供工程设计和修订规范参考。     

复杂卷边冷弯薄壁槽型钢梁畸变屈曲承载力研究

为研究复杂卷边槽型截面钢梁的畸变屈曲承载力,对该截面梁的畸变屈曲性能进行试验研究和有限元分析,获得其变形性能和极限承载力,探讨了二次卷边宽度对复杂卷边槽钢梁畸变屈曲承载力的影响规律。结合试验和有限元分析结果,对北美规范的受弯构件畸变屈曲承载力的直接强度法公式应用于复杂卷边槽钢梁的适用性进行了分析评价。在此基础上,基于对现有直接强度法公式的修正,提出了冷弯薄壁复杂卷边槽钢梁畸变屈曲承载力的计算公式。     

薄壁异形截面铝合金轴心受压柱屈曲模态耦合及承载力计算

薄壁异形截面铝合金构件广泛应用于建筑结构中,但其截面的复杂性导致该类构件的破坏模态更加复杂。有限元模型采用有限元软件ABAQUS建立并经过试验结果验证。通过有限元方法,分析了薄壁异形截面铝合金柱的塑性屈服、局部屈曲与塑性屈服耦合、局部屈曲与整体屈曲耦合、以及整体屈曲等4种破坏模式的构件变形和截面应力发展。将有限元方法计算的薄壁异形截面铝合金轴压柱极限承载力,与国内外铝合金结构设计规范的计算结果进行了对比。结果表明,现行规范的设计方法在计算薄壁异形截面铝合金轴压柱的承载力时都较为保守。     

卷边槽钢开孔轴压构件弹性屈曲荷载

采用理论和有限元方法分析腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件弹性整体弯曲失稳、弹性畸变屈曲以及弹性局部屈曲的受力性能以及屈曲荷载。在理论分析的基础上提出了计算腹板开孔卷边槽形截面构件弹性整体弯曲失稳、弹性畸变屈曲以及弹性局部屈曲荷载的近似简化方法,简化方法计算结果与有限元分析结果对比表现出较高的精度,表明建议弹性屈曲荷载计算方法可用于开孔构件整体稳定承载力以及屈曲稳定系数的计算,能够代替复杂的有限元方法进行开孔构件弹性屈曲荷载的简化计算,易于用于工程设计。     

卷边槽形截面受弯构件畸变屈曲计算方法研究

采用能量法分析冷弯薄壁型钢卷边槽形开口截面受弯构件弹性畸变屈曲应力及其畸变屈曲稳定系数。通过与有限条法分析的畸变屈曲应力进行对比分析,表明建议的畸变屈曲应力计算公式具有较高的精度,通过简化计算得到畸变屈曲稳定系数计算公式及部分加劲板件的局部畸变屈曲统一计算公式;给出了卷边槽形截面受弯构件考虑畸变屈曲的稳定承载力计算方法。最后通过分析计算受弯构件试验的构件承载力并与试验结果进行对比,表明本文提出的计算方法是合理的,相对于现行GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》能更准确地计算受弯构件部分加劲板件屈曲稳定系数及卷边槽形截面构件的稳定承载力。     

工字型钢混凝土偏心受拉构件正截面承载力计算

利用OpenSEES有限元程序,研究了轴拉比、型钢强度、纵筋强度、混凝土强度、型钢翼缘面积、型钢腹板厚度、型钢腹板高度、纵筋面积以及截面尺寸等因素对工字型钢混凝土偏心受拉构件正截面承载力的影响。结果表明:截面中型钢翼缘面积、型钢腹板高度、型钢腹板宽度、纵筋配筋率以及截面高度对偏拉构件正截面承载力的影响较大;型钢强度、纵筋强度对承载力的影响相对较小;混凝土强度、构件截面宽度对承载力基本没有影响。将JGJ 138—2012《组合结构设计规范》中型钢混凝土偏拉构件正截面承载力计算公式的计算结果与OpenSEES非线性有限元的计算结果进行了对比,提出了对规范公式的修正建议,并利用有限元模拟结果对修正后的计算公式进行了检验,二者吻合良好。     

高强冷弯薄壁型钢轴压柱畸变屈曲研究

550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压柱发生畸变屈曲时会出现三种模式（O—O,O-I,I—I）,考虑材料和几何双重非线性的有限元法对三种畸变屈曲模式的构件承载力、变形模式、畸变屈曲应力、横截面应力的分布等相关性能进行比较分析,可看出三种畸变屈曲模式诸性能存在较大不同,同时畸变屈曲与局部屈曲、整体屈曲在相关性能方面也存在不同。采用直接强度法对畸变屈曲轴压柱极限承载力进行计算,计算结果与试验结果较吻合,故在计算畸变屈曲轴压柱极限承载力时建议采用直接强度法．     

板件中间加劲的复杂卷边槽钢轴压构件弹性畸变屈曲应力的实用计算法

为了研究板件中间加劲的复杂卷边槽钢轴压构件畸变屈曲临界应力的简便计算方法,应用有限条分析软件CUFSM对冷弯薄壁板件中间加劲的复杂卷边槽钢以及腹板中间V型加劲的复杂卷边槽钢共90个轴压构件进行数值模拟,分析各参数对构件弹性畸变屈曲临界应力的影响。经拟合分析,得出针对板件中间加劲的复杂卷边槽钢、腹板中间V型加劲的复杂卷边槽钢轴压构件的弹性畸变屈曲临界应力的简化计算公式,并验证该公式的有效性。     

受压方管钢柱的屈曲后极限承载力

本文采用曲壳有限单元法计算了具有不同应力梯度的加劲板件的极限强度、薄壁方管截面的P′/P′_y-M′/M′_D相关曲线和轴心及偏心受压方管柱考虑板件屈曲后效应的极限承载力。计算中计入了所有初始缺陷。根据理论计算结果分析了现行规范计算薄壁方管柱所产生的误差及其原因,提出了计算薄壁方管截面在轴压和纯弯矩作用下的极限承载力的计算公式,并给出了计算偏压方管截面极限承载力的相关公式。最后建议了新的受压方管柱屈曲后极限承载力的设计计算方法,共结果与曲壳有限单元法所得结果非常吻合。     

异形截面铝合金轴压构件承载力及局部屈曲研究

使用ABAQUS得到异形截面铝合金构件的承载力,发现我国的铝合金结构设计规范GB 50429—2007和欧洲铝合金结构设计规范Eurocode 9对该类截面铝合金轴压构件承载力的计算结果相对保守。原因在于2个规范都采用有效厚度法考虑板件局部屈曲的影响,但并不能准确反映局部屈曲程度。使用ABAQUS针对不同宽厚比的箱型截面和工字型截面铝合金轴压构件进行参数分析,在中国规范的基础上给出了建议的有效厚度折减公式,并验证了建议公式对异形截面铝合金构件的适用性。     

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面偏压构件试验研究及承载力分析

进行了48根屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面偏心受压构件试验,考虑了不同截面形式、厚度、长细比和荷载偏心方式的影响,研究了这类偏心受压构件的破坏模式、承载力影响因素以及构件承载力计算方法。结果表明：高强冷弯薄壁型钢偏压构件由于材料强度高,截面宽厚比较大,局部屈曲和畸变屈曲的影响较大,我国规范仅考虑了局部屈曲的影响而没有全面考虑畸变屈曲的影响,这使得部分发生畸变屈曲的试件计算结果偏于不安全,但又对不发生畸变屈曲的长细比较大的构件偏于保守。最后,在试验和现有规范方法比较分析的基础上,提出了一种适用于高强冷弯薄壁型钢偏压构件极限承载力的建议计算方法。该建议方法计算所得结果与试验结果吻合较好,且安全可靠,可供设计参考。     

考虑内压影响的薄壁钢板筒仓屈曲承载力研究

一定程度的内压会降低薄壁钢板筒仓对缺陷的敏感性,提高其弹性屈曲承载力;但内压过高时,筒仓会出现弹塑性强度破坏或弹塑性屈曲破坏,其承载力反而降低。我国现有《粮食钢板筒仓设计规范》（GB50322-2011）给出了考虑内压影响的屈曲承载力计算公式,但该公式只适用于计算内压较低时筒仓的弹性屈曲应力,对高内压下筒仓弹塑性破坏时采用该公式将得到不安全的结果。采用有限元方法对轴压和水平内压作用下有初始缺陷的筒仓进行了参数分析,分别讨论了内压大小、材料强度和径厚比等对筒仓屈曲应力的影响,提出了筒仓在轴压和均匀内压作用下的弹性屈曲应力和弹塑性屈曲应力计算公式,并对《粮食钢板筒仓设计规范》公式进行了修正。经验证,该计算公式与有限元分析结果基本吻合。