Q460高强角钢极限承载力的试验研究

将高强角钢放置在实际铁塔结构中,选取平面三角形桁架1∶1模型,采用不同端部连接形式,两种长细比,对Q460高强角钢进行极限承载力试验研究。根据试验结果分析Q460等边角钢的破坏形态、极限承载力、与连接腹杆的工作机理等指标。研究表明:子结构试验能真实反映构件在结构中的受力性能和实际端部约束条件;长细比为30、45的试件,其破坏模式介于整体弯曲和局部屈曲之间,局部稳定问题突出;长细比为60的试件,以整体弯扭变形为主。研究为Q460高强角钢的规范制订和工程应用提供了合理依据。     

基于输电塔架结构Q460等边角钢力学性能数值分析

在输电塔结构极限承载力试验研究的基础上,采用ANSYS有限元软件,分析了不同长细比、不同端部约束条件下Q460等边角钢的应力分布、失稳模式、极限承载力等指标。研究表明:破坏模式方面,有限元分析失稳模式与试验现象基本一致;承载力方面,对长细比为30、45的试件,数值分析结果与试验值相差4%左右,对长细比为60的试件,二者相差10%左右,吻合较好。研究结果可为Q460高强角钢的规范制订和工程应用提供合理依据。     

单边连接高强角钢受压力学性能的试验研究

通过对48根Q460高强角钢单边连接压杆承载力试验,对其受力性能和变形进行研究。由试验可知:试件绕平行于连接板的轴线发生弯曲变形,同时伴有绕角钢纵轴的扭转变形,小长细比试件大多为局部屈曲,大长细比试件为整体屈曲。将试验极限荷载值与美国ASCE 10—1997《输电铁塔设计导则》理论值进行对比,结果表明,试验值略大于美国规范值,因此,可以用美国ASCE 10—1997对单边连接Q460高强等边角钢压杆进行设计,且设计偏于安全。     

基于子结构试验的一端偏心受压高强角钢受力性能研究

为了研究符合实际工程边界条件下,一端偏心连接的Q460高强等边单角钢的受力性能及极限承载力,将其设计在类似输电铁塔横担的子结构中,进行破坏性静力试验。试验研究表明:一端偏心连接的高强角钢受压时发生弯扭屈曲,变形集中于偏心端,且连接肢发生明显的局部屈曲。试验构件ASCE10-1997计算值与试验值吻合较好,可以为高强角钢设计提供依据,而我国DL/T 5154-2002规范用于Q460高强角钢设计偏保守。子结构中试验角钢的变形过程和受力性能与单根试验试件基本相同,说明单根压杆试验一端采用双刀口支座,能够模拟角钢在实际结构中的端部约束条件。高强角钢一端偏心压杆的子结构试验可以为修正单根构件试验研究和理论分析提供基础试验素材。     

高强角钢两端偏心子结构压杆试验研究和仿真分析

为研究在符合实际工程的边界条件下,两端偏心连接的Q460高强等边单角钢的受力性能及极限承载力,进行两组子结构试验,试验角钢长细比分别为45和60。试验表明:构件绕平行于连接肢的轴发生弯曲变形,同时伴有绕角钢纵轴的扭转变形,小长细比试件主要为局部屈曲,大长细比试件为整体屈曲。采用有限元模拟实际试件的受力性能。结果表明:有限元分析的极限承载力较试验值偏大,美国ASCE 10-1997规范值偏于保守,试验值处于美国规范值与有限元分析值之间,且靠近有限元值。在模型试验和仿真分析的基础上,提出两端偏心连接高强角钢等效长细比公式。对比子结构和单压杆的分析结果,表明:单压杆试验的等效长细比公式中,对长细比的限值可以放宽条件;单压杆试验模拟实际工程的边界条件是可靠的。     

Q460高强角钢单边连接压杆有限元分析

随着我国电力工业的发展,使用高强度钢材已成为一种现实需求,为研究Q460高强角钢力学性能,进行了48根Q460高强角钢单边连接压杆试验,并建立有限元分析模型,有限元分析考虑了几何大变形、材料非线性和接触非线性。有限元采用的构件几何尺寸、材料特性等参数和加载过程均与试验相同,对比显示有限元分析结果和试验结果吻合较好。研究表明,Q460高强角钢单边连接压杆的极限承载力不只跟构件的长细比、截面规格有关系,还受连接板厚度、宽厚比的影响。     

高强单角钢一端偏心压杆极限承载力试验研究

为了研究输电塔中Q460高强角钢一端偏心压杆受力性能,通过试验与理论计算方法分析了受压试件的整体稳定和局部屈曲情况,试件轴心端采用球铰和双刀口支座模拟,考察了不同端部条件和残余应力等对角钢受力性能的影响,结果表明：试件轴心端无论采用球铰支座或双刀口支座形式,均能较准确反映角钢构件的受力性能,残余应力对试件承载力影响小于5％。比较了试验、有限元法、美国《输电铁塔设计导则》（ASCE 101997）和中国《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 51542002)对角钢极限承载力值的不同处理方法,指出采用DL/T 51542002 标准计算方法对高强钢杆件承载力得出的结果偏保守,在此基础上,提出了对实际材料强度除以抗力分项系数rR=1.111后改造的ASCE设计方法。     

Q460高强钢焊接箱形压弯构件极限承载力试验研究

为研究Q460高强钢中厚板焊接箱形压弯构件的整体失稳极限承载力,采用11mm厚国产Q460高强钢中厚板制作7个焊接箱形压弯试件,试件截面宽厚比分别为18、12、8,长细比分别为35、55、80。试验内容包括:Q460低合金高强钢的材性试验,三种焊接截面残余应力测试,各试件初始几何缺陷测量及极限承载力试验,从而进行了面内整体失稳压弯构件的极限承载力试验研究;并且把试验结果与我国现行钢结构设计规范计算值相比较。试验研究结果表明:Q460低合金高强钢材性具有高强度,塑性性能良好等特点;Q460高强钢焊接箱形截面残余应力分布形式与普通钢材箱形焊接截面分布基本相同,但是残余应力比降低;压弯构件极限承载力试验结果明显高于现行钢结构规范设计公式计算值,所以应对Q460高强钢焊接箱形压弯构件进行近一步参数分析研究,并得出其实用设计方法。     

偏心受压单角钢构件力学性能试验研究

为了研究单边连接角钢在输电铁塔斜杆中的受力性能,采用与肢边平行的刀口铰支座,对48根等边角钢与62根不等边角钢试件进行了偏心受压试验稳定承载力研究。分析了节点板厚度、螺栓数量对其承载力影响,考察了不同长细比时角钢的破坏模式、承载力及其变形形态,并与国内外规范中局部稳定宽厚比限值进行了比较。研究结果表明:长细比小于35的等边角钢与长细比小于40的不等边角钢发生了局部屈曲破坏,反之发生整体屈曲破坏,其中包括弯曲屈曲与弯扭屈曲两种;角钢承载力随着偏心距增加而逐渐下降,当等边角钢长细比超过175或者不等边角钢长细比超过150时,偏心对承载力的影响可忽略;当长度相同时,等边角钢承载力略高于不等边角钢,二者差值随长细比增加而减小;随着长细比增加,角钢弯曲轴从肢边平行轴逐渐向弱主轴转动,其稳定系数相较于规范值来说时高时低,承载力应根据实际弯曲轴对应的长细比进行确定。该类角钢构件局部稳定宽厚比限值应低于我国现有规范GB 50017—2017与DL/T 5154—2012的规定值。     

高强角钢(Q460)单边连接时宽厚比限值试验研究

通过对Q460高强角钢单边连接的试验研究,指出我国GB50017-2003《钢结构设计规范》和ASCE10-1997《美国输电铁塔设计导则》对宽厚比限值公式的不足之处。根据具体试验数据和对Q460高强角钢单边连接时的局部屈曲性能的研究,推导出单边连接单角钢的实用宽厚比限值公式,用于Q460高强角钢单边连接时压杆设计。     

Q460高强角钢轴心受压构件极限承载力试验研究

为研究Q460高强角钢轴压构件的受力性能,采用静力试验对试件破坏状态和稳定承载力进行分析,两端设置球铰、单刀口铰和双刀口铰支座,分析了不同铰接方式对构件受力性能的影响。结果表明,采用不同支座均能很好地反映杆件的受力性能;短构件的极限承载力由钢材强度控制,长细比变化对其影响很小,长细比等于30和45的试件以局部破坏为主,长细比等于60和80的杆件以整体弯曲失稳为主。比较试验和各规范理论计算结果发现,试验值显著高于中国DL/T5154—2002杆塔技术规定计算值,与美国ASCE 10—97导则计算值吻合较好。     

An approach for evaluating fire resistance of high strength Q460 steel columns

To develop a methodology for evaluating fire resistance of high strength Q460 steel columns, the load bearing capacity of high strength Q460 steel columns is investigated. The current approach of evaluating load bearing capacity of mild steel columns at room temperature is extended to high strength Q460 steel columns with due consideration to high temperature properties of high strength Q460 steel. The critical temperature of high strength Q460 steel column is presented and compared with mild steel columns. The proposed approach was validated by comparing the predicted load capacity with that evaluated through finite element analysis and test results. In addition, parametric studies were carried out by employing the proposed approach to study the effect of residual stress and geometrical imperfections. Results from parametric studies show that, only for a long column (slenderness higher than 75), the magnitude and distribution mode of residual stress have little influence on ultimate load bearing capacity of high strength Q460 steel columns, but the geometrical imperfections have significant influence on any columns. At a certain slenderness ratio, the stability factor first decreases and then increases with temperature rise.     

高强度钢材箱形柱滞回性能试验研究

为研究Q460高强度钢材箱形柱的抗震性能,对5个足尺试件进行了水平往复加载试验研究,分析了板件宽厚比、轴压比等因素对试件的承载力、破坏模式、耗能能力、变形能力和延性的影响。试验结果表明,Q460高强度钢材箱形柱具有很好的耗能能力和抗震性能,适用于抗震钢框架;除试件HB-1外其他试件本身及其柱脚节点均未发生焊缝开裂,证明设计合理、质量合格的Q460高强度钢材焊缝连接具有足够的承载力和良好的抗震性能;板件宽厚比越大,试件局部屈曲出现得越早,最大荷载对应的位移级越小,达到破坏时的位移级也越小;试件发生局部屈曲的范围及屈曲中心位置相对于试件截面高度的比值依次减小,所有试件最大屈曲位置距固定端0.25B~0.50B（B为等边箱型截面外边长）,塑性区范围距离固定端0.72B~1.06B。根据试验结果,建议在轴压比不大于0.2时,Q460钢材箱形截面压弯构件板件宽厚比限值不应大于30;同时,钢框架柱在进行抗震设计时,其板件宽厚比限值应与轴压比相联系,轴压比越大,板件宽厚比限值应越小。     

高强H形钢混凝土组合柱轴压性能研究

为研究高强H形钢混凝土组合柱的轴心受压性能以及探究国内外现行规范对此类构件承载力计算方法的适用性,对12根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱及3根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱进行轴压试验,研究钢材强度等级、含钢率、长细比和配箍率等参数对构件承载力的影响。试验结果表明：内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与内置Q235普通H形钢混凝土组合柱相比,承载力最大提高幅度分别为19.6%和35.8%;高强H形钢含钢率的提升能显著提高组合柱的承载力;当组合柱长细比在23.0~45.9范围变化时,其对承载力影响不明显;提高配箍率对内置Q690的H形钢混凝土组合柱承载力的提高幅度高于内置Q460的H形钢混凝土组合柱。将试验结果与我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、美国ANSI/AISC 360-16和欧洲EN1994-1-1:2004中的H形钢混凝土组合柱轴压承载力公式计算值进行对比可得,各国规范的计算值均偏于保守,JGJ 138—2016的计算值与试验结果最为接近。考虑箍筋对混凝土的约束效应,对JGJ 138—2016的组合柱轴压承载力计算公式进行修正,修正公式所得承载力计算结果与试验结果误差降低至10%以内。基于约束效应建立组合柱有限元模型,考虑约束效应的承载力有限元模拟结果与试验结果吻合良好,误差在5%以内。     

Study on axial compression performance of high strength H-section steel reinforced concrete composite columns

为研究高强H形钢混凝土组合柱的轴心受压性能以及探究国内外现行规范对此类构件承载力计算方法的适用性，对12根内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱及3根内置Q235普通H形钢混凝土组合柱进行轴压试验，研究钢材强度等级、含钢率、长细比和配箍率等参数对构件承载力的影响。试验结果表明：内置Q460、Q690高强H形钢混凝土组合柱与内置Q235普通H形钢混凝土组合柱相比，承载力最大提高幅度分别为19.6%和35.8%；高强H形钢含钢率的提升能显著提高组合柱的承载力；当组合柱长细比在23.0~45.9范围变化时，其对承载力影响不明显；提高配箍率对内置Q690的H形钢混凝土组合柱承载力的提高幅度高于内置Q460的H形钢混凝土组合柱。将试验结果与我国JGJ 138—2016《组合结构设计规范》、美国ANSI/AISC 360-16和欧洲EN1994-1-1:2004中的H形钢混凝土组合柱轴压承载力公式计算值进行对比可得，各国规范的计算值均偏于保守，JGJ 138—2016的计算值与试验结果最为接近。考虑箍筋对混凝土的约束效应，对JGJ 138—2016的组合柱轴压承载力计算公式进行修正，修正公式所得承载力计算结果与试验结果误差降低至10%以内。基于约束效应建立组合柱有限元模型，考虑约束效应的承载力有限元模拟结果与试验结果吻合良好，误差在5%以内。     

大长细比钢筋混凝土细长柱承载力试验研究

通过对8根长细比为20~25的钢筋混凝土细长柱极限承载能力试验,研究了在大长细比区域柱子的长细比、配筋率、混凝土强度等对钢筋混凝土细长柱的极限承载能力及破坏形态的影响。试验结果表明,在大长细比区域,长细比的增加对构件的极限承载力降低效应更加显著;当长细比达到25后,宜采用模型柱法进行设计,偏心距增大系数法设计所增加的纵筋配筋率对提高构件极限承载力的作用不大;但混凝土的强度等级仍然对试件的承载力及破坏形态有较大影响,当混凝土强度接近或大于C60时,即使是长细比为25的构件也可能发生失稳破坏。     

输电铁塔单角钢轴压承载力计算公式及试验研究

国内外规范中关于单角钢轴压承载力的计算理论及计算值不尽相同,按照ASCE 10-97计算所得的承载力安全保障不足,而按照国内规范设计则安全裕度较大,偏保守。针对国内外规范计算得到的单角钢轴压承载力差异较大的问题,对比分析了各相关规范关于单角钢轴压承载力的计算理论,开展了3个规格3种长细比的Q345单角钢的轴压承载力试验;探讨了国内外单角钢轴压承载力试验值与规范值的差异。经分析研究可知,当长细比较大时,角钢主要发生绕最小轴的弯曲破坏,此时宽厚比对单角钢轴压承载力的影响不大,对宽厚比有限值的公式可在长细比较大时对其进行修正;按照美国规范ASCE 10-97计算出的角钢承载力规范值与试验结果吻合较好,我国规范《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154—2002)可参考美国规范的计算方法来进行修正。