高强单角钢两端偏心受压构件的屈曲性能分析

采用ANSYS有限元软件对Q460高强角钢两端偏心压杆进行了三维实体建模,有限元数值模拟分析,除考察了不同长细比,不同截面与初弯曲等模型参数之外,还考察了残余应力对高强单角钢稳定承载力的影响.由分析可知:构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,残余应力对构件承载力影响小于5%.有限元分析的构件稳定承载力与实验值和理论值进行对比,结果表明:有限元值比试验值和美国<输电铁塔设计导则>(ASCE10-1997)高-8.89%～+11.1%a和-0.39%～+35.36%,有限元分析值和试验值吻合较好.因此.有限元分析结果是可靠的,可以通过有限元法分析两端偏心受压高强角钢的受力性能.     

Q420高强角钢子结构的力学性能试验研究

为研究哈密北部750kV输电塔架实际工程中的Q420高强角钢的力学性能,对三种不同主杆节间长度的Q420高强角钢输电塔腿试件进行了破坏性静力试验.在试验研究的基础上,对Q420高强角钢的材料性能、极限承载力、破坏模式和应变幅值等进行了分析.结果表明:子结构中Q420高强角钢的极限承载力远大于相同长细比单根角钢的承载力,且随着主杆节间长度的增大,其极限承载力呈减小趋势;子结构的破坏模式主要为Q420高强角钢主杆的扭转屈曲,且变形主要发生在子结构的底部.     

异形钢管混凝土组合柱-钢梁顶底角钢连接节点抗震性能研究

为研究异形钢管混凝土组合柱-钢梁顶底角钢连接节点的抗震性能,对节点试件进行低周往复荷载试验及ANSYS非线性有限元分析.结果表明:破坏源于节点区钢梁翼缘屈曲,顶底角钢屈服形成塑性铰,节点产生大转动变形;各试件滞回曲线较为饱满,呈倒“S”形,延性系数均大于2.55,节点具有较好的耗能能力;角钢厚度、高强螺栓直径对节点承载力和变形能力影响显著,增大角钢厚度及高强螺栓直径,节点延性系数略有降低,但极限承载力明显提高;有限元节点应力分布及破坏特征与试验现象基本一致,屈服承载力、极限承载力有限元计算值与试验值吻合较好;轴压比对节点抗震性能影响较小,相较于螺栓性能等级,钢材强度等级对节点刚度及承载力影响更为显著.     

Q460等边单角钢压杆的局部屈曲

为准确确定Q460等边单角钢压杆的极限承载力,需正确分析板件宽厚比超限引起的局部屈曲的影响.通过与美国相关规范的对比分析及试验研究,发现我国《钢结构设计规范》关于宽厚比限值的规定合理,但未给出超出限值后的折减公式;《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》对热轧角钢宽厚比限值和压杆稳定强度折减系数的规定不合理,未考虑长细比的影响,使结果过于保守,且对不同长细比构件安全裕度不均衡.在相关规范和试验统计结果的基础上,总结出了适合于计算考虑局部屈曲的等边角钢压杆承载力方法,该方法公式简单、概念清楚、结果合理,适合设计使用.     

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》（ASCE10—1997）和中国《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（DL／T5154—2002）对角钢极限承载力值的不同处理方法,指出采用DL／T5154—2002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rR=1．111后改造的ASCE设计方法。     

带腹板双角钢的顶底角钢半刚性连接静力性能研究

考虑几何、材料、接触非线性,对带腹板双角钢的顶底角钢连接这种典型的半刚性连接在静载作用下的受力性能进行研究.采用有限元软件ANSYS对主要构件的顶底角钢、腹板角钢、高强螺栓、梁柱建立有限元模型进行三维非线性有限元模拟,分析节点应力分布、塑性发展、变形特性、接触摩擦状态以及破坏模式,得到M-θ曲线、极限弯矩承载力、初始连接刚度等连接性能数据,探讨了此类节点连接的主要受力性能.     

高强大规格等边角钢轴压承载力研究

进行了19个长细比λ=30～90的Q420 L220 mm×20 mm角钢试件的轴压试验研究.结果表明:此类构件在长细比λ＞45时,以弯曲失稳破坏为主;长细比λ≤45时,以弯扭失稳为主.研究了现行钢结构规范中防止局部屈曲宽厚比限值公式和计算弯扭失稳的换算长细比取值公式的适用性.采用逆算单元长度法得到了大规格等边角钢的柱子曲线,研究了此类构件与普通规格等边角钢的差异以及肢厚、肢宽和钢材强度等对柱子曲线的影响.提出了高强大规格等边角钢轴压构件的承载力计算方法.并且研究了高强大规格等边角钢两端偏心受压的柱子曲线,给出了长细比修正系数的建议公式.     

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/T 5154—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。     

高强度双角钢十字组合截面双节间压杆受力性能研究

针对Q420双角钢十字组合截面双节间构件的受力性能进行了轴压和偏压试验,采用有限元计算方法研究构件参数变化对其承载力的影响。在此基础上,提出了适用于工程设计的建议计算方法,并与国内外规范计算结果进行了比较。结果表明:此类构件以弯曲失稳为主,压力偏心对试件承载力有较大影响,横向支撑可减小试件的长细比;增大角钢规格、增加填板数量对轴压和偏压构件的承载力均有提高作用;荷载偏心会降低构件承载力,沿弱轴偏心时的构件承载力下降速度比沿强轴偏心时快;在满足构造要求的前提下,支撑刚度及支撑连接方式对构件承载力影响很小。     

跨中有支撑的等边单角钢压杆承载力试验研究

在输电铁塔工程中一些跨中有支撑的等边单角钢压杆被经常使用,国内《钢结构设计规范》以及《架空送电线路杆塔设计技术规定》提供了等边单角钢压杆的稳定承载力计算方法,但没有给出跨中有支撑的等边单角钢压杆的计算公式,常采用单角钢的计算公式进行计算,实际工程发现有些此类单角钢会出现过早破坏的案例.根据三种截面规格的六种长细比共计54根跨中有支撑的单角钢压杆的试验结果,得到了此类构件在不同长细比下的破坏模式以及极限承载力,结果表明:大长细比构件的失稳模式为绕平行轴失稳,极限承载力较《架空送电线路杆塔设计技术规定》(DL/T5154-2012)规范设计值低,偏于不安全;小长细比试件有时会发生局部失稳,极限承载力较《架空送电线路杆塔设计技术规定》(DL/T 5154-2012)规范值高,具有较高的安全裕度.     

单面螺栓连接单角钢压杆的承载力试验

根据70根角钢压杆构件的试验结果,并结合有限元分析模型考察了单面螺栓连接跨中有支撑的单角钢的极限承载力和不同长细比下的破坏模态,提出了提高该类构件承载力的构造措施,同时在查阅和比较各国多个相关规范和文献的基础上,对《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T 5154—2002）的压杆稳定计算公式提出了修改建议。分析结果表明：小长细比构件易发生连接肢的端部局部失稳,大长细比构件则易发生弯曲整体失稳,构件沿最小轴和平行轴失稳宜采用不同的换算长细比公式;所得结果为今后的铁塔设计工作提供了理论依据。     

马蹄形断面波形钢腹板支架稳定承载性能研究

为了研究波形钢腹板支架结构在围岩压力作用下的平面内稳定性能,设计了马蹄形断面波形钢腹板支架的模型试验,分析了支架的稳定承载力、位移与应变发展规律。试验结果表明：支架的最终破坏形态为整体非对称失稳,支架两侧向外变形产生水平位移,右侧水平位移明显大于左侧水平位移;极限荷载时,仅拱顶翼缘和角部腹板进入了塑性阶段。支架的试验结果与有限元分析结果吻合良好,验证了有限元模型的正确性。在此基础上,对波形钢腹板支架的弹塑性屈曲性能进行了有限元参数分析,表明波形钢腹板支架对初始缺陷并不敏感,而腹板高度、腹板厚度及翼缘厚度是弹塑性稳定承载力的敏感参数,影响较大。长细比较小时,对称失稳和反对称失稳均可能发生;长细比较大时,支架会发展反对称失稳;支架的弹塑性屈曲荷载随长细比的增大而降低。有限元计算结果表明,相同边界条件和荷载情况下,波形钢腹板支架的极限稳定承载力是用钢量相同的矿用工字钢支架的2倍以上。     

高强Q690钢柱高温下轴心受压局部稳定设计方法

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GB 50017-2017、Eurocode 3和ANSI/AISC 360-10中的设计方法进行了比较。     

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。     

钢骨-圆钢管高强混凝土组合长柱轴心受压分析

为了研究钢骨-圆钢管高强混凝土组合长柱轴心受压的力学性能,采用ABAQUS软件建立钢骨-圆钢管高强混凝土组合长柱轴心受压有限元分析模型,讨论了组合长柱典型试件荷载-变形关系曲线,不同受力阶段应力分布规律及最终破坏模态.通过进行参数分析,考虑不同参数对组合长柱轴心受压力学性能的影响,利用回归分析得到组合长柱轴心受压承载力简化计算公式.结果表明,混凝土强度、配骨指标和钢材强度对组合长柱轴心受压承载力影响较大,长细比影响较小,简化公式计算结果与有限元计算结果及试验结果吻合良好.     

双箱型空腹圆弧钢拱平面内稳定性分析

为研究新型双箱型空腹圆弧钢拱的平面内稳定特性,采用理论推导与有限元数值模拟相结合的方法,研究其平面内弹性屈曲及弹塑性稳定承载力,分析剪力对拱截面破坏模式的影响,并建立了平面内稳定承载力的设计方法。首先,根据拱截面的剪力分布情况,研究了双箱型空腹圆弧钢拱截面整体剪切变形及弦腹杆剪切变形对平面内弹性屈曲的影响;推导出了考虑双剪切变形影响时,双箱型空腹圆弧钢拱的纯压弹性屈曲荷载公式。然后,参考轴心受压柱设计原理,引入稳定系数及正则化长细比,绘制了纯压状态下的稳定曲线。最后,分析了在几种常见荷载工况下,双箱型空腹圆弧钢拱整体破坏模式的稳定承载力设计公式。本文分析的拱结构新颖,所提弹性屈曲荷载公式计算结果与有限元分析结果十分吻合,同时采用轴力与弯矩的二项式验算了整体稳定承载能力。研究结果可供日后科研和实际工程设计参考,具有一定的现实意义。     

新型Q460高强度钢材在输电铁塔结构中的应用

为了研究Q460高强度钢材在输电铁塔结构中应用的可行性,结合国内外输电铁塔中高强钢的应用现状,介绍了Q460高强度角钢钢材的化学成分、力学性能,对高强角钢市场供货能力、使用技术经济性、高强钢设计技术参数的选取和焊接工艺等方面进行了研究分析.结果表明,输电铁塔结构中使用Q460高强角钢,既有明显的经济技术效益,又有利于节...     

竖向梯形波纹腹板PEC柱轴压性能研究

本文将梯形波纹钢板引入PEC柱中,提出一种新型的PEC柱截面形式,这种截面形式可以克服平腹钢板面外刚度较低,容易屈曲且与混凝土粘结较弱的特点。为研究其轴压承载性能,设计并完成了5根不同长细比和不同横向系杆间距的竖向梯形波纹腹板PEC柱轴压试验,得到了其在轴压作用下的破坏形态、荷载-位移关系曲线、荷载-应变关系曲线等。通过试验研究表明,所有柱的破坏失效模式具有相似性,都表现为翼缘鼓曲和混凝土压碎失效。同时由横向系杆、翼缘、波纹腹板组成的约束形式能够较好的约束混凝土,提高其抗压强度,增强构件延性,提高变形能力。随着长细比增加,试件的初始刚度、峰值承载力均有所降低,但峰值后变形能力增强,延性较好。随着横向系杆间距的减小,试件的初始刚度、峰值荷载和延性系数均增大,试件具有更优越的轴心抗压性能。将有限元模拟结果与试验结果进行对比,在验证模型有效性的基础上,参考国内外相关规范,结合试验结果和有限元拓展分析结果,利用叠加原理拟合得到了适用于本文的竖向梯形波纹腹板PEC柱在轴心受压状态下的承载力计算公式。公式计算结果可靠度较高,且具有一定的安全储备,可为实际施工设计提供参考建议。