G550高强冷弯薄壁槽钢受弯构件力学性能与设计方法

为了研究高强冷弯薄壁槽钢受弯构件的力学性能和设计方法,对3种板件加劲形式的G550高强冷弯薄壁型钢槽形截面受弯构件进行了试验研究和有限元参数分析。结果表明,板件加劲形式对高强冷弯薄壁槽钢受弯构件屈曲模式和受弯承载力有显著影响,翼缘V形加劲比腹板V形加劲能够更有效地提高构件抗弯承载力,构件抗弯承载力的变化规律与屈曲模式有关。根据有限元参数分析结果,在已有直接强度法基础上回归出适用于高强冷弯薄壁槽钢受弯构件的直接强度法修正公式。     

腹板开孔冷弯薄壁钢轴压构件畸变屈曲承载力试验研究

对26根屈服强度235MPa腹板开圆孔冷弯薄壁型卷边槽钢截面轴压构件进行畸变屈曲承载力试验研究,分析了构件屈曲模式和极限承载力,采用国家规范GB50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》计算构件承载力、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畸变屈曲模式;腹板开孔在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方法可计算开孔构件的畸变屈曲稳定承载力。     

冷弯薄壁型钢四肢拼合立柱轴压承载力设计方法

建立了考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型,在对冷弯薄壁型钢四肢拼合截面立枉的轴压性能试验试件进行模拟分析,验证有限元方法正确性的基础上,对考虑长细比、截面翼缘宽厚比等因素的一系列试件进行了数值分析,并得到其轴压承载力。在相关规范“有效宽度法”和“直接强度法”的基础上,提出了冷弯薄壁型钢四肢拼合截面立柱轴压承载力的设计方法：有效计算长度法和修正系数法。研究结果表明：试件最终破坏均呈现局部屈曲和畸变屈曲的破坏模式;在未考虑计算长度系数折减的情况下,当长细比小于50时,各规范公式计算值均略低于试验值和有限元值,吻合较好,当长细比大于50时,公式计算结果过于保守。     

新型冷弯翼缘闭合组合构件轴压力学性能

为探讨进一步优化使用冷弯薄壁型钢材料,利用冷弯薄壁型钢截面成型灵活的特点,将既有的两类翼缘闭合截面形式经过合理变形,再经组合点焊形成两类新型截面形式——翼缘闭合组合截面DHF1、DHF2.采用ANSYS非线性有限元分析方法,针对新型截面轴压构件,建立了有效的分析模型,通过对构件的应力-应变关系曲线、参数变化时的极限应力变化曲线和应力、变形云图,全面考察了截面高度、截面宽度、板件厚度和闭合区高度比等参数对构件的变形模式、屈曲特征、承载力、极限应力等方面力学性能的影响规律.研究结果表明,新型截面轴压构件板件的局部屈曲不易出现,从而具有截面刚度大、承载能力强的特点,对于中、小长细比构件的极限应力常可达到材料的屈服强度,证明提出的冷弯翼缘闭合新型组合截面轴压构件具有较为优越的力学性能.     

冷弯薄壁方钢管混凝土柱的非线性有限元分析

为了研究设肋方式、钢管厚度、钢材强度和混凝土强度对冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱力学性能的影响,本文采用ABAQUS有限元程序,对冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱进行非线性有限元分析,计算和分析了冷弯薄壁方形钢管混凝土组合柱轴压时的荷载-变形全过程关系曲线。给出了有限元计算中钢材和混凝土本构关系模型、钢管及其核心混凝土之间界面模型等确定方法,分析在轴压作用下四种不同截面形式的冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱的力学性能和破坏模态,理论计算结果与试验结果吻合较好。研究表明,设肋能有效改善冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱的力学性能,与不带肋截面钢管混凝土构件相比,四边肋截面钢管混凝土构件的轴压承载力提高了9.4%~14.8%,十字肋截面钢管混凝土构件提高了18.7%~39.9%,而空钢管构件降低了65.3%~89.7%。同时,混凝土强度和钢管厚度对冷弯薄壁方钢管混凝土柱的轴压承载力影响较大。     

冷弯薄壁受压C形截面局部屈曲荷载和承载力

为研究板组效应对冷弯薄壁受压C形截面局部屈曲荷载和承载力的影响,对组成其截面各板件局部屈曲时的变形协调情况进行理论分析,提出考虑该效应的腹板局部屈曲计算模型,基于能量法和静力平衡条件推导了冷弯薄壁受压C形截面局部屈曲荷载的解析解,并分别与有限条法和中国规范GB 50018—2002规定的方法进行对比.将所推导的解析解引入直接强度法,对21根冷弯薄壁C形受压短柱试验的承载力进行计算,并分别与承载力试验结果和按GB 50018—2002规定方法计算的承载力进行对比分析.结果表明:在屈曲荷载方面,本文推导的解析解合理可靠,而按中国规范规定的方法则存在系统误差,当截面高宽比小于4.5时,其结果偏于保守,当截面高宽比大于4.5时,其结果偏于不安全;在承载力方面,按本文方法计算的承载力与试验结果较为接近,合理可靠,而按中国规范规定方法计算的承载力较保守,并且随着截面宽高比的增大,保守趋势不断增大.     

新型冷弯翼缘闭合构件力学性能研究

为进一步利用空翼缘梁截面形式开展,抗弯、扭刚度大的特点,并进一步优化冷弯薄壁型钢构件的截面形式,适当改变空翼缘梁的截面构成参数,提出2种新型冷弯翼缘闭合截面．采用非线性有限元方法分析新型截面构件在轴压、弯矩和压弯荷载作用下的屈曲模式、变形特征、承载力、刚度等方面力学性能．分析表明：新型冷弯截面构件在承受轴压荷载时具有截...     

RL型截面冷弯薄壁型钢的畸变屈曲荷载算式

为了对RL型截面冷弯薄壁型钢的畸变屈曲作进一步研究,以既有研究成果为基础,根据广义梁理论推导了两端简支和固支边界条件下RL型截面冷弯薄壁型钢的畸变屈曲荷载计算式.通过求解矩阵的广义特征值,利用推导的算式计算RL型截面型钢构件在轴压、绕弱轴和强轴弯曲下的畸变屈曲荷载和屈曲半波长,并与有限条软件CUFSM分析结果和既有理论公式的解相比,结果表明所得算式具有较高的精度.公式推导过程和结论可以为工程设计和进一步研究中计算畸变屈曲荷载提供参考.     

截面长宽比对矩形钢管高强混凝土力学性能的影响

采用数值分析方法分析了矩形钢管高强混凝土轴压短柱、偏压短柱、轴压长柱、偏压长柱及受弯构件的力学性能,理论分析结果和试验结果进行了对比,两者吻合较好。在此基础上利用数值分析程序,通过大量算例的计算,分析了截面长宽比对矩形钢管混凝土轴压、偏压构件及受弯构件力学性能的影响.研究结果表明:截面长宽比在1.0~1.6内变化时对矩形钢管混凝土轴压构件承载力的影响很小,对构件纵向应力-应变关系曲线的下降段有较显著影响;当长细比相同时,截面长宽比对压弯构件相关曲线的影响也较小;矩形钢管混凝土绕强轴的抗弯承载力和刚度随着截面长宽比的增加而增大,绕弱轴的变化规律正好相反.     

钢结构薄柔截面构件稳定承载力研究综述

我国《钢结构设计规范》中对含有薄柔截面的构件的稳定承载力如何确定缺少必要的规定。为了解决这个问题,从经典的理论研究入手,综述了国内外其他规范对此类构件的设计规定。重点分析了有效宽度法、直接强度法和有效截面法的计算原理,并比较了各自的优缺点。对钢构件薄柔截面板件局部屈曲和整体屈曲的相关性、冷弯薄壁型钢的畸变屈曲、地震下钢构件局部屈曲和塑性铰合理控制、钢结构设计规范修订等问题提出了深入研究的建议。     

冷弯薄壁钢类椭圆截面轴压构件设计方法

为研究冷弯薄壁钢空心类椭圆截面轴心受压构件的有限元数值模拟及设计方法,考察了现行冷弯薄壁钢结构设计规范中的有效宽度法对该类型截面构件的适用性．采用Abaqus建立冷弯薄壁钢空心类椭圆该模型可以准确地模拟此类构件的力学性能截面轴心受压构件的非线性有限元数值模型．有限元模型计算结果与试验结果的比较表明,该模型可以准确地模拟...     

偏心受压冷弯薄壁槽钢的卷边角度优化设计

为了使得钢结构的性能与用钢量比达到最优,前人对槽型钢的截面尺寸优化进行了较为充分的研究。但是,涉及卷边角度的优化特别是偏心受压工况下的优化分析却很缺乏。以Yao-Teng偏心受压计算公式,结合遗传算法,以冷弯卷边槽钢柱偏心受压为例,将槽钢卷边角度与偏心距作为设计变量,寻找在不同偏心距受压情况下,达到最大畸变屈曲临界应力的卷边角度。基于有限条分析程序,对两端简支与两端固支情况下不同截面尺寸构件的畸变屈曲临界应力进行了计算分析,最终得出不同偏心距受压下统一的最优卷边角度。为了方便工程设计人员设计时参考,建议卷边角度统一取为100°。     

一种新型超薄壁冷弯钢构件组合截面形式及其力学特性分析

介绍了一种新型的超薄壁冷弯钢构件的截面形式,该类截面构件可用于方形、C型、U型等多种形式的组合结构,灵活轻便易于组装,可成为冷弯钢构建筑体系的承载构件.分析了组合件截面的特点,并将理论计算与有限元计算结果进行了对比分析,给出了此类超薄壁钢构件轴心受压承载力的适用范围及受压构件的屈曲形式,为此类构件的应用提供了理论依据.     

基于广义梁理论的非线性材料薄壁受压构件屈曲荷载计算方法

提出适用于非线性材料的广义梁理论屈曲荷载计算方法,并对不锈钢薄壁受压构件屈曲荷载进行计算验证。通过定义材料非线性应力应变关系和瞬时弹性模量,对传统线弹性广义梁理论进行修正,建立非线性材料薄壁构件受压屈曲荷载计算方法,推导不锈钢薄板受压局部屈曲、冷弯薄壁不锈钢卷边槽形柱畸变屈曲及箱形不锈钢长柱弯曲屈曲荷载计算公式,并与既有试验数据对比。经验证,线弹性分析方法不适用于不锈钢材料;提出的修正GBT法具有较高精度,且本构关系采用变形法则结果偏于安全,可用于不锈钢等非线性金属材料薄壁构件受压屈曲荷载的确定,为研究和设计提供理论指导。     

冷弯薄壁型钢拼合箱形截面立柱轴压性能试验研究

对17根冷弯薄壁型钢拼合箱形截面立柱的轴压性能进行试验研究,截面分为A、B两类,得到了各试件荷载-位移曲线和破坏特征,并将试验结果与《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB 50018-2002）＂有效宽厚比法＂和美国相关规范中＂直接强度法＂、＂有效截面法＂计算结果进行对比分析。结果表明：LC和MC系列立柱的破坏模式为整体弯曲屈曲,SC系列立柱则为局部屈曲和端部承压破坏;B类试件的最大承载力大于A类截面试件的最大承载力的2倍,即有＂1＋1〉2＂的拼合效应;对于A类截面LC系列立柱,GB 50018和AISI规范公式计算结果过于保守,而对于MC和SC系列试件,公式计算结果与试验结果比较吻合;对于B类截面LC和MC系列试件,公式计算结果偏于不安全,而SC系列试件,公式计算最大承载力偏于安全。     

冷弯薄壁型钢轴心受压构件局部屈曲后强度分析

冷弯薄壁型钢具有较大的受压屈曲后强度,目前常用有效宽度法和直接强度法两种方法分析。本文通过算例与试验结果对比,找到了两种方法与试验结果之间的极限承载力差值,其中《冷弯薄壁型钢结构技术规范》提出的有效宽度法偏于保守,而直接强度法的分析结果较为接近,在工程应用中可以考虑采用直接强度法分析。