π形截面轴心受压构件局部稳定试验研究

为研究π形截面轴心受压构件局部稳定性能,对9根Q345B焊接π形截面钢构件进行了轴心受压承载力试验。分析了构件局部屈曲模态随板件宽厚比的变化规律,通过试验及理论计算得到了π形截面翼缘与腹板嵌固系数取值,将试验结果与现行钢结构设计规范计算结果进行了对比分析。研究表明:对于π形截面构件,中间翼缘嵌固系数可取定值1.0,腹板嵌固系数可取1.20,外伸翼缘受腹板的嵌固作用大小与两者相对尺寸有关;ANSI/AISC 360-2010中对宽厚比超过限值的屈曲承载力计算方法对于π形截面构件偏于保守;采用EN 1993-1-5和GB 50017—2017局部屈曲后承载力计算式的计算结果与试验结果吻合较好,可以很好地预测π形截面构件局部屈曲后承载力。     

轴心受压柱的截面优化设计

引入双轴等强度的概念,并在规定腹板和翼缘宽厚比限值的时候,将构件的实际工作应力σ代替极限应力φfy,从而对GB50017-2003的翼缘与腹板的宽厚比限值公式进行修正,以使轴心受压柱的截面设计更为经济合理。     

高强度钢材受弯构件局部稳定设计方法对比

目前,高强度钢材已在建筑结构中得到了推广应用,国内外关于高强度钢材钢结构的研究工作也已逐步开展起来。欧洲和美国的钢结构设计标准已涉及到部分高强度钢材的设计内容,而GB 50017—2003《钢结构设计规范》尚未包含,修订中的新版《钢结构设计规范》计划纳入Q460高强度钢材。通过对比各国设计标准中关于工字形截面受弯构件局部稳定的规定,发现美国标准ANSI/AISC 360-10、欧洲标准BS EN1993-1、日本标准AIJ LSD2010和中国规范GB 50017—2003在设计范围和原则、板件宽厚比限值、腹板屈曲后承载力以及腹板最大高厚比等方面存在着一定差异。最后利用通用有限元软件ANSYS建立四点加载下的工字形截面受弯构件模型,计算不同钢材构件的腹板屈曲后极限承载力,并与各国标准推荐式的计算值进行对比,发现其均不适用于高强度钢材受弯构件局部稳定的计算。     

高强钢焊接箱形截面压弯构件局部稳定试验研究

为研究高强钢压弯构件的局部稳定性能，对5个Q460C和5个Q690D钢焊接箱形截面构件进行了单向偏压试验，分析了其破坏形式、局部稳定性能以及承载力；将实测承载力与欧洲规范EN 1993-1、我国标准GB 50017—2017和美国规范ANSI/AISC 360-16相关公式计算结果相比较，以验证各规范对Q460C钢和Q690D钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度计算的适用性。研究结果表明：所有高强钢焊接箱形截面压弯构件均在柱中附近发生局部屈曲破坏；由轴向压力-轴向压缩变形或轴向压力-水平位移曲线可知，其为极值点失稳；构件的轴向压力-水平位移或轴向压力-应变曲线的形状和局部屈曲模式有关；在翼缘宽厚比为28.1～56.3、腹板高厚比为40.2～80.4、偏心距为20～50 mm范围之内，EN 1993-1和GB 50017—2017中的屈曲后强度计算公式仍然适用于Q460C和Q690D钢焊接箱形截面压弯构件，而ANSI/AISC 360-16中的相关公式需要进一步修正。     

高强度钢材工字形截面轴心受压短柱局部稳定试验研究

针对高强度钢材焊接工字形截面轴心受压短柱的局部稳定性能,对9个Q460C工字形截面短柱进行轴心受压试验,分析试件局部屈曲应力、极限应力随板件宽厚比的变化规律,研究翼缘、腹板嵌固系数的取值。此外,将屈曲应力、极限应力试验结果与我国、美国和欧洲钢结构设计规范的相应设计计算结果进行对比分析,研究相应规范对于高强度钢材的适用性。结果表明：翼缘的嵌固系数可取为定值1.0,腹板的嵌固系数不宜取为定值;GB 50017-2003《钢结构设计规范》中关于高强度钢材工字形截面短柱的局部屈曲应力的计算结果是不合理的;AISC 360-05规范的极限应力计算值误差较大,但偏于保守;Eurocode 3规范的极限应力计算值与试验值较为接近,但大部分计算结果较试验值偏大。为此,建议提出新的公式计算工字形截面短柱的局部屈曲应力,而对Eurocode 3规范关于工字形截面短柱的极限应力计算公式进行修正,使其能适用于Q460C高强度钢材。     

热轧方、矩钢管受弯构件承载力设计方法研究

研究非薄柔截面热轧方、矩钢管抗弯极限承载力的设计方法。采用有限元软件ABAQUS建立考虑残余应力和初始几何缺陷的数值模型,并将有限元结果与已有试验结果进行对比,以验证有限元模型的可靠性。参数分析了不同截面高宽比以及板件宽厚比的受弯构件极限承载力,将有限元计算结果与欧洲EN1993-1-1标准、美国ANSI/AISC 360-10标准和GB 50017—2003《钢结构设计规范》以及连续强度设计方法计算结果进行对比,研究当前各类设计方法的精确度。EN 1993-1-1和GB 50017—2003利用构件板件宽厚比,将截面抗弯承载力划分为塑性设计以及弹性设计,计算结果存在不连续性;ANSI/AISC 360-10采用以屈服弯矩和塑性弯矩为端点的线性设计曲线对非厚实截面进行设计,使得非厚实截面的部分计算结果偏于保守。基于数值计算结果建议将GB 50017—2003中热轧方、矩钢管的塑性发展系数取为1.1。相比现有标准中推荐的设计方法,连续强度设计方法反映了截面承载力与构件截面正则化宽厚比的连续关系,并能有效利用非薄柔构件钢材应力强化的性能,是一种更为有效的设计方法。     

不锈钢焊接H形截面柱滞回性能试验研究

为了研究不锈钢焊接H形截面柱的滞回性能,对10个不锈钢焊接H形截面柱进行了循环加载试验,分析了轴压比、翼缘宽厚比和腹板宽厚比对试件的破坏形态、承载力、耗能能力、塑性发展能力和延性的影响。结果表明：所有不锈钢焊接H形截面柱试件的破坏过程均为翼缘首先发生局部屈曲变形,然后腹板发生局部屈曲变形,屈曲变形形状均呈半正弦波状;板件宽厚比越大,试件达到破坏时的位移级和等效黏滞阻尼系数越小,位移延性系数和塑性发展系数越小,承载力退化越快;轴压比对试件的抗震性能影响显著,其影响规律与板件宽厚比的相似。对于不锈钢结构的抗震设计,建议在规定H形截面柱宽厚比限值时考虑轴压的影响。     

不同截面形式冷弯薄壁槽钢构件轴心受压承载力研究

采用ABAQUS非线性有限元软件,对3种不同截面形新型截面卷边槽钢构件在轴心受压状态下的承载力进行了分析。研究了卷边槽钢轴心受压构件的屈曲模态和极限承载力等性能。结果表明:加劲形式和卷边形式是影响试件轴心受压承载力和屈曲模式的重要因素;与无加劲形式相比,采用腹板和翼缘板件中间V形加劲有效减小了板件宽厚比,试件轴心受压承载力提高了20.51%~56.38%。     

高强Q690钢柱高温下轴心受压局部稳定设计方法（英文）

局部屈曲是钢结构构件的一种破坏模式,钢结构发生局部屈曲破坏时,屈曲应力小于钢材的屈服强度。为了研究高温下高强Q690钢柱的局部稳定性能,采用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,模型采用其他学者完成的Q460钢柱轴心受压局部屈曲试验进行验证,考虑宽厚比、温度、初始缺陷、残余应力和翼缘与腹板之间相互作用的影响,对高强Q690钢柱进行参数分析。研究结果表明:宽厚比对局部屈曲有显著影响,宽厚比的增大导致试件极限承载力的降低;初始缺陷和残余应力对局部屈曲应力有较大影响,且试件的极限承载力随着温度的升高而明显下降。基于有限元分析结果提出了适用于高强Q690钢柱高温下的局部稳定设计方法和宽厚比限值,并与GB50017-2017、Eurocode 3和ANSI/AISC 360-10中的设计方法进行了比较。     

焊接H形截面纯弯钢构件弹塑性局部相关屈曲分析

采用ANSYS软件建立焊接H形截面纯弯钢构件有限元分析模型,模拟截面残余应力、板件初始缺陷和几何非线性,分析强翼缘弱腹板和弱翼缘强腹板两组构件的弹塑性局部相关屈曲性能,分别讨论腹板高厚比、翼缘宽厚比和相对宽厚比(腹板高厚比与翼缘宽厚比之比)对构件局部稳定系数的影响。研究结果表明,局部稳定系数随腹板高厚比或翼缘宽厚比增大而显著降低,与相对宽厚比基本成线性关系;两组局部稳定系数拟合公式相对误差为-1.19%~1.15%,精度较高;可以根据整体稳定性和局部相关稳定性近似相等的原则,确定腹板高厚比和翼缘宽厚比限值相关曲线;平面外整体长细比较小时,钢结构设计规范的腹板高厚比和翼缘宽厚比限值部分超越宽厚比限值相关曲线。     

腹板加劲冷弯薄壁复杂卷边槽钢受压构件承载力试验研究

分别对复杂卷边槽钢、腹板中间进行形加劲复杂卷边槽钢、腹板中间进行V形加劲复杂卷边槽钢3种截面形式,共计30根简支受压试件进行了承载力试验,其中轴心受压试件18根,偏心受压试件12根。研究了腹板加肋复杂卷边槽钢受压构件的承载力、破坏模式及变形等性能。试验结果表明:腹板加劲有效地减小了板件宽厚比,大幅度提高了轴心受压构件及向腹板一侧偏心的受压构件的承载力,使畸变屈曲代替局部屈曲起主要控制作用。与相同用钢量下的复杂卷边槽钢构件相比,腹板中间进行形加劲可使轴心受压及向腹板一侧偏心的受压构件的承载力提高约60%~70%,腹板中间进行V形加劲可使轴心受压及向腹板一侧偏心的受压构件的承载力提高约40%~60%。有效形心偏移对偏压构件承载力的影响不可忽视。对试验进行了有限元模拟,计算结果与试验结果吻合良好。     

卷边翼缘工形构件在压弯荷载作用下的稳定承载力设计理论

卷边工形截面构件作为一种高效型材,在弯矩与轴力共同作用下的破坏模型常常是伴随板件局部屈曲的整体失稳。利用板壳有限单元法,研究卷边工形截面构件在板件局部屈曲下的构件整体稳定承载力,建立其稳定承载力设计公式。首先,通过设计大量算例,研究了截面宽高比、腹板高厚比、翼缘宽厚比等截面参数对短柱承载性能的影响,其中考虑了板组之间屈曲的相关作用,获得了考虑板组局部屈曲特性的短柱稳定承载力相关公式。在短柱板件局部失稳承载力研究的基础上,计入构件长细比对长柱面内和面外稳定承载性能的影响,通过数值分析建立了卷边工形构件在压弯荷载作用下的稳定承载力设计公式。     

带翼缘十字形截面轴心受压构件扭转失稳边缘屈服荷载研究

带翼缘十字形截面柱具备各向等稳定、抗扭刚度高、对称美观等特点,但目前对于这类构件扭转失稳承载力的研究还比较少.推导出带翼缘十字形截面轴心受压构件的边缘屈服荷载的隐式表达式,考察了翼缘宽度、腹板高度、翼缘厚度以及腹板厚度等截面几何参数对边缘屈服荷载的影响,结果表明带翼缘十字形截面轴心受压构件在给定初始扭转缺陷和残余应力的...     

Q460高强度钢材工形压弯构件抗震性能的试验研究

为研究高强度钢材工形压弯构件的抗震性能,对6个Q460钢材工形压弯试件进行低周往复荷载试验研究,分析板件宽厚比、轴压比等因素对试件的破坏形态、耗能能力和抗震性能的影响,给出截面Np-Mp理论曲线并与试验结果进行对比。结果表明,Q460高强度钢材工形压弯构件具有很好的耗能能力和抗震性能,可以应用于抗震钢框架;且当翼缘和腹板宽厚比超限时,承载力退化仍然较慢,极限层间位移角明显大于1/50,表现出良好的抗震性能和极限承载能力;采用极限分析方法求得的Np-Mp曲线计算Q460钢材工形压弯构件平面内稳定承载力是偏于安全的。建议Q460钢材工形截面压弯构件的翼缘宽厚比限值为9,腹板宽厚比限值为33;同时建议抗震规范中钢柱的板件宽厚比限值应与轴压比相联系。     

Q460高强度钢焊接工字形截面压弯构件局部和整体弯扭相关屈曲有限元分析

采用有限元法分析了高厚比超限的Q460钢焊接工字形截面压弯构件局部和整体弯扭相关屈曲的极限承载力,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比、构件长细比和荷载相对偏心率对其相关屈曲承载力的影响,提出了Q460钢焊接工字形截面压弯构件的局部和整体弯扭相关屈曲极限承载力修正计算公式。研究表明:有限元模型能够较好地模拟焊接工字形截面压弯构件局部和整体弯扭相关屈曲极限承载力;腹板高厚比、翼缘宽厚比、构件长细比及荷载相对偏心率增大均会导致构件无量纲化极限承载力降低;基于《钢结构设计规范》(报批稿)GB 50017提出的修正公式计算值与有限元计算值吻合较好。     

压弯钢构件在循环荷载作用下的非线性弯扭屈曲

本文根据非线性有限元的基本理论,采用基于修正的拉格朗日法描述的八节点超参数壳体单元,考虑几何非线性和材料非线性,结合混合强化本构关系,编制了非线性有限元计算程序。对压弯钢构件在循环荷载作用下的弹塑性弯扭屈曲进行计算机模拟,系统分析了H形截面压弯钢构件的滞回特性,以及翼缘宽厚比、腹板高厚比、构件轴压比和长细比对压弯钢构件弯扭屈曲的影响规律。通过对计算结果的比较,提出了强烈地震条件下,H形截面压弯钢构件在循环荷载作用下保持整体稳定,满足延性要求,具有较高屈曲后强度的长细比和板件宽厚比限值。     

带翼缘十字形截面轴心受压构件的扭转失稳极限承载力分析

带翼缘十字形截面构件轴心受压时,极有可能发生扭转失稳。对于此类构件的扭转失稳,相关研究相对较少,设计时很容易被忽略,在工程应用时存在安全隐患。采用有限元方法,计入残余应力的影响,对带翼缘十字形轴心受压构件的失稳承载力进行了研究,考察了初始扭转角、扭转长细比、翼缘宽度、腹板高度、腹板厚度等参数对带翼缘十字形截面构件扭转失稳承载力的影响。结果表明:带翼缘十字形截面轴心受压构件在扭转失稳后不具备后屈曲性能;初始扭转会加速截面塑性区的发展,降低截面的刚度;在给定初始扭转缺陷和残余应力的前提下,构件的扭转失稳极限承载力仅与扭转长细比λω有关,与翼缘宽度、腹板高度、腹板厚度等几何参数没有直接关系。     

楔形压弯构件平面内稳定极限承载力研究

楔形变截面H型钢构件设计中常采用高而薄的腹板,这样能够充分发挥翼缘的承载能力,节省材料。如此虽然可能引起腹板的局部屈曲,但板件的屈曲并不意味着构件承载能力的丧失。应用非线性板壳有限元分析方法,对变截面压弯构件平面内稳定极限承载力进行了分析。在考虑腹板局部屈曲和构件整体屈曲相关作用的同时,系统地分析与评价了腹板宽厚比、翼缘宽厚比、构件长细比和楔率等对压弯构件平面内稳定极限承载力的影响,并与《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)的计算结果进行了比较,结论可供工程设计参考。     

腹板加劲卷边槽钢双肢拼合工形受压构件承载性能试验研究

为研究腹板加劲卷边槽钢拼合构件的承载性能,分别对由复杂卷边槽钢、腹板?形加劲复杂卷边槽钢和腹板V形加劲复杂卷边槽钢拼合而成的共计30根双肢拼合工字形截面简支受压试件进行了受压试验,其中轴压试件18根,偏压试件12根。研究了腹板加劲对拼合工字形截面构件承载力和失稳模式的影响。试验结果表明:腹板?形加劲槽钢能够有效减小腹板宽厚比,提高拼合截面构件的承载力;腹板加劲使畸变屈曲代替局部屈曲成为构件的主要失稳模式。研究采用有限元软件ANSYS对试件进行建模与受力分析,验证了所提出的有限元模型的准确性。通过有限元变参数分析,分析了构件长细比和偏心距对拼合截面构件承载力的影响。结果表明:轴压状态下与相同用钢量的腹板非加劲构件相比,?形腹板加劲复杂卷边槽钢双肢拼合短柱、中长柱和长柱承载力分别提高20.3%、16.0%和4.4%;腹板V形加劲复杂卷边槽钢双肢拼合短柱、中长柱和长柱承载力分别提高17.4%、8.9%和2.2%;随试件长度的增加,整体屈曲作用更为突出;随着偏心距的增大,整体弯曲屈曲逐渐起主要控制作用,3种截面构件的偏压承载力差距逐渐缩小。     

我国钢结构设计规范中梁宽厚比限值问题的讨论

根据板件稳定理论可以知道，板件宽厚比较大，可能导致板件的局部屈曲先于整体屈曲发生，从而影响构件的整体承栽力，因此需要对板件的宽厚比进行限制。本文通过分析我国规范GB50017中对梁翼缘腹板宽厚比限值的理论推导，以及与北美规范中的宽厚比限值比较，发现我国规范中宽厚比限值偏于保守。