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。     

轧制普通工字钢简支梁的整体稳定系数计算

现行《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)沿用历次钢结构设计规范的规定:轧制普通工字钢简支梁的整体稳定系数φb不能引用等截面焊接工字型和H型钢的整体稳定系数φb的公式计算,而直接给出表格查用。通过分析表明,按《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)附录B公式(B.1-1)所计算的φb,与规范GB 50017-2003中表B.2所给出的数据基本一致,因此建议今后规范统一采用公式(B.1-1)的理论公式计算φb。     

钢结构轴心压杆的整体稳定问题探析

本文对钢结构轴心压杆的整体稳定从失稳形式、构件的缺陷等方面入手，分析我国现行《钢结构设计规范》(GB50017—2003)采用的柱子曲线，提出在实腹式轴心受压构件整体稳定计算中存在的问题与同行探讨。     

错列桁架体系柱子平面内计算长度

将《钢结构设计规范》(GB50017—2003)中框架体系支撑条件的区分引入到错列桁架的稳定分析中,考虑初始缺陷的影响,提出了强、弱支撑错列桁架体系的划分标准,推导出了错列桁架体系柱子平面内计算长度公式。强支撑体系中柱子计算长度可以按照规范GB50017—2003计算。对弱支撑体系,提出了柱子计算长度的实用计算公式。     

圆钢管双向压弯构件的整体稳定性计算

利用ANSYS程序对不同端弯矩分布模式下圆钢管双向压弯构件的稳定承载力进行计算,并将计算结果与GB50017—2003《钢结构设计规范》中双向压弯构件稳定性计算公式的计算结果比较,指出直接套用现行规范公式将有较大误差。提出圆钢管双向压弯构件整体稳定性计算的建议公式,该公式适用于各种端弯矩分布模式下,圆钢管双向压弯构件的稳定承载力计算,计算精度较高。     

高强钢焊接箱形轴压构件整体稳定设计方法研究

与普通强度钢材轴压构件相比,高强钢轴压构件的整体稳定承载力受构件初始缺陷,特别是受截面残余应力的影响显著降低,其整体稳定系数明显提高。国内外现行的钢结构设计规范制定的柱子曲线均是基于普通强度钢材构件的研究,现有针对高强钢轴压构件整体稳定性能的少量研究仅针对特定强度等级钢材提出了设计建议或方法。为研究不同等级高强钢轴压构件的整体稳定设计方法,全面总结了国内外现有高强钢焊接箱形截面轴压构件的试验研究,并采用三维有限元模型模拟了试件的整体稳定性能,分析过程考虑了几何初始缺陷、残余应力以及几何和材料非线性的影响。利用验证后的数值模型进行了大量参数分析,算例包括8种钢材强度等级、6种截面尺寸以及长细比不同的构件。结果表明,高强钢焊接箱形轴压构件的整体稳定性能随强度等级提高而提高。根据数值计算结果与我国钢结构规范设计曲线的对比分析,建议强度等级为Q460、Q500、Q550、Q620、Q690、Q800钢材焊接箱形轴压构件(板厚小于40mm)按b类曲线进行设计,Q890和Q960的钢材焊接箱形轴压构件(板厚小于40mm)按a类曲线进行设计。此外,还提出了更新的柱子曲线公式。     

高强钢管轴压构件整体稳定性承载力的试验研究

通过对18根Q690焊接钢管轴心受压构件的整体稳定性试验,研究不同长细比高强钢管的稳定性承载力。在试验的基础上,采用逆算单元长度法编制高强钢管轴心受压构件稳定性分析程序,并提出了高强钢轴心受压构件稳定系数计算式。数值计算结果与试验及按GB 50017—2003《钢结构设计规范》推荐曲线的对比分析表明,所得到的高强钢管稳定系数-长细比曲线分布合理,可用于高强钢轴心受压构件的稳定设计。     

纯弯等截面焊接工字形梁整体稳定系数研究

为配合《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)的修订工作,对纯弯等截面焊接工字形梁的整体稳定系数进行了研究.对各国钢结构规范中关于梁整体稳定系数问题的计算方法做了简要介绍,比较了各国规范对焊接工字形梁稳定承载力计算结果的差异;对等端弯矩作用下等截面焊接工字形梁的整体稳定性进行了大量数值模拟,其中考虑了梁构件的初始几何缺陷及残余应力分布.通过对比正则化长细比与梁整体稳定系数曲线可以发现,现行《钢结构设计规范》在计算梁稳定系数时对构件初始几何缺陷及残余应力考虑不足,规范计算结果在较大范围内高出有限元数值分析结果,会产生不安全的设计,故建议对规范公式进行修订.     

中欧钢结构设计规范格构柱承载力比较

根据EN 1993-1-1∶2005《欧洲钢结构设计规范》和GB 50017-2003《钢结构设计规范》,对格构式轴心受压柱的计算方法进行了比较,包括格构柱的抗剪刚度,稳定验算和剪力计算。比较分析可知:GB 50017—2003中格构柱绕实轴的稳定验算偏于不安全,剪力计算值偏大。     

部分包覆钢-混凝土组合柱轴压整体稳定承载力的工程计算

部分包覆钢-混凝土组合柱(PEC柱)能以较小的截面尺寸承担较大的荷载,因而在实际工程应用中具有较大长细比,承载力转为由整体稳定控制.利用有限元软件ABAQUS建立PEC轴压柱模型,对比既有试验数据,校核其正确性.在此基础上,对不同截面尺寸、材料强度配比下的构件进行参数分析.根据计算结果,对PEC柱的轴压整体稳定系数取值提出两种方案:一是按照《钢结构设计标准》(GB 50017-2017)b,c类柱子曲线进行设计计算;二是借助《钢结构设计标准》(GB 50017-2017)中的柱子曲线形式,更新缺陷系数,给出新的稳定系数曲线.将两种方案计算结果与试验数据进行了比较,对其适用性进行了研究.     

钢交错桁架体系平面内的柱子计算长度

将新修订的《钢结构设计规范》GB50017-2003中框架体系支撑条件的区分引入到错列桁架的稳定分析中，考虑初始缺陷的影响，提出了强、弱支撑错列桁架体系的划分标准，推导出了错列桁架体系柱子平面内计算长度公式。强支撑体系中柱子计算长度可以按照规范GB50017-2003计算；对弱支撑体系，提出了柱子计算长度的实用计算公式。     

国产Q460高强钢焊接工形柱整体稳定性能研究

为研究国产Q460高强度钢材轴压构件的整体稳定性能,对7个焊接工字形截面钢柱试件进行试验研究。试验实测了构件的几何初始缺陷和截面残余应力,并分析其失稳变形特征和整体稳定承载力。利用试验结果和实测的初始缺陷数据,验证了所建立的有限元数值模型的可靠性和准确性;此外,通过大量参数分析计算了不同截面尺寸和长度的国产Q460高强钢焊接工字形截面轴压杆绕截面强轴和弱轴失稳的整体稳定承载力,并与国内外的钢结构设计规范柱子曲线进行比较。结果表明,该类轴压杆的整体稳定系数要明显高于相应的设计曲线,即相比具有相同正则化长细比的普通强度钢材轴压杆其整体稳定系数要有明显提高;给出了建议的柱子曲线类型,并在数值分析的基础上拟合新的柱子曲线,以为工程应用和规范修订提供参考。     

钢结构柱子曲线的理解与应用

GB 50017-2003《钢结构设计规范》是我国最新的钢结构设计规范,与GBJ 17-88相比,规范内容变化很大。以钢结构轴心受压构件为例,仔细分析了新规范中柱子曲线与老规范的差异,对于新增的d曲线、长细比换算系数、单轴对称截面对称轴的换算长细比计算等重点、难点进行了详细介绍,提出了在使用新规范组织曲线时的注意事项。     

宽厚比超限的高强钢方形截面轴心受压构件极限承载力

采用有限元法分析了Q345,Q390及Q420钢宽厚比超限(b/t=40,50,60和70)的焊接方形截面轴心受压构件的极限承载力,并将计算结果和直接强度法、有效屈服强度法相比较。研究表明:有限元模拟结果和直接强度法计算结果吻合较好,有效屈服强度法略为保守;采用两种方法计算时,焊接方形截面应按a类而非《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)规定的b类截面查稳定系数φ;采用有效屈服强度法时,板件正则化长细比应取λp=(φfy/σcr)～(1/2),p。建议修订规范时将直接强度法和有效屈服强度法也纳入规范。     

双向弯曲和扭转作用下钢梁的稳定验算

热轧及焊接钢梁同时承受双向弯曲和扭转作用的整体稳定计算,现行钢结构设计规范还未有规定。根据已有文献的试验和分析结果,结合现行《钢结构设计规范》（GB50017-2003）和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）,提出双向弯曲和扭转同时作用下H形和槽形热轧及焊接钢梁的整体稳定验算方法,可为工程实践及相关研究参考。     

960 MPa高强度钢材轴压构件整体稳定性能试验研究

为研究960 MPa高强度钢材轴压构件的整体稳定性能,对6个焊接工字形和等边箱形截面试件进行了静力试验研究,测量了试件的几何初弯曲、荷载初偏心以及截面残余应力分布等初始缺陷,分析了试件的失稳破坏形态,得到了整体稳定承载力,并与规范设计曲线进行了对比分析。利用试验结果验证了有限元分析模型,并进行参数分析。研究结果表明:试件的破坏模态均为整体弯曲失稳,除两个几何初始缺陷过大的试件外,其他试件的整体稳定系数试验值均明显高于规范设计值;参数分析结果表明,960 MPa钢材焊接截面轴压构件的整体稳定系数较普通钢材显著提高,建议采用GB 50017—2003中的a类柱子曲线设计此类轴压构件,同时拟合了960 MPa高强度钢材的柱子曲线公式。     

高强钢薄壁箱形截面轴压构件整体稳定承载能力研究

为研究18Mn2Cr Mo BA高强钢材轴心受压构件的整体稳定承载能力,对8个高强钢板冷弯成槽形并对焊成形的薄壁箱形截面构件进行轴心受压试验研究。通过建立有限元模型分析高强钢薄壁箱形截面压杆稳定承载力,分析对比发现计算结果与试验结果吻合良好。利用有限元软件分析了48个不同截面、不同长细比的构件,将试验结果、有限元分析结果与GB 50017—2003《钢结构设计规范》进行对比,发现其比b类曲线高、比a类曲线略低。建议该类杆件的设计采用GB 50017—2003的b类曲线。     

Q460高强钢焊接H形柱轴心受压极限承载力参数分析

为了研究现行钢结构设计规范是否仍适用于高强钢中厚板焊接H形柱的设计,采用数值积分法与有限单元法对Q460钢轴心受压柱的极限承载力进行了参数分析。试件的主要参数分别为翼缘宽厚比(3.4⁷.0)与柱长细比(107.0)与柱长细比(10¹30)。数值积分法计算采用作者编制的电算程序,并与通用有限元程序ANSYS的计算结果进行了对比。数值模型考虑了1/1 000柱长的初始弯曲及相应截面的残余应力分布简化模型。计算结果表明:考虑相同初始缺陷的有限单元法与数值积分法所得计算结果吻合较好;Q460高强钢焰割边焊接H形柱与普通强度钢柱相比,其极限承载力对初始几何缺陷的敏感性降低,柱的稳定系数有所提高。通过对比参数分析结果与现行规范,发现当翼缘宽厚比不小于7时,中厚板Q460高强钢焰割边焊接H形柱绕弱轴稳定系数仍可沿用《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)中b类截面柱子曲线;当翼缘宽厚比小于7时,应采用c类截面柱子曲线。     

国产Q460高强钢焊接T形截面轴心压杆整体稳定承载力研究

为了研究国产Q460高强钢焊接T形截面轴心压杆的整体稳定承载力,用厚度为8mm和12mm的国产Q460高强度钢板制作了3根焊接T形截面试件进行轴心受压试验。基于实测的钢材力学性能、截面残余应力和试件几何尺寸,建立考虑了初始几何缺陷和力学缺陷的有限元模型,分析预测试件的极限承载力,并将有限元结果与试验结果进行对比,验证有限元分析方法的正确性。利用经试验验证的有限元分析方法,补充计算了24根不同长细比压杆的整体稳定极限承载力,将相应的整体稳定系数与《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)中的柱子稳定系数曲线进行比较。研究表明,国产Q460高强钢焊接T形截面轴心压杆的整体失稳形式为绕对称轴的弯扭失稳,失稳时压杆进入了弹塑性变形阶段,在设计过程中选取b类截面柱子曲线对其进行计算是安全可靠的。     

关于中、欧钢结构规范中钢梁稳定验算的探讨

利用已有的两个算例,较为详细地对比了EN 1993-1-1∶2005《欧洲钢结构规范》和现行GB 50017—2003《钢结构设计规范》关于梁的稳定的计算过程和结果,这两个算例的计算结果表明,EC3关于梁的稳定的计算比GB 50017—2003的要保守。利用这两个算例,也校核了STAAD软件中采用欧洲规范关于梁的验算结果基本可信。