中美欧冷弯型钢结构基本构件设计安全度比较

参照《中美欧房屋建筑钢筋混凝土基本构件设计安全度比较》提出的"安全度判值ξ_d"作为不同规范安全度设置水平的可比指标,对我国冷弯型钢结构设计规范与美国和欧洲相关规范安全度设置水平进行比较了分析。对中国规范、美国规范和欧洲规范中轴心受拉、轴心受压、受弯、受剪、压弯等基本构件的强度或稳定性的安全度差异进行了计算分析,得出"中国规范的安全度水平总体上略高于欧洲规范,平均高12%,但略低于美国规范,平均低5%"的重要结果。     

各国规范轴心受压构件相关稳定设计方法对比分析

钢结构轴心受压构件在板件宽厚比超过一定范围时会发生整体局部相关失稳。介绍美国、欧洲、中国和英国4种钢结构设计规范中关于轴心受压构件相关稳定的设计方法,并以焊接工字型截面轴心受压构件为例对各种规范的设计方法进行对比分析。美国钢结构设计规范通过引入屈曲折减系数Q对强度进行折减的方法考虑板件局部屈曲的影响,欧洲和英国钢结构设计规范均采用有效截面面积考虑板件的局部屈曲,并对构件长细比进行一定程度的折减。我国钢结构设计规范对于轴心受压构件相关稳定的设计方法仍需进一步研究和完善。     

大截面铝合金轴压构件整体稳定试验研究

随着大跨度铝合金结构的兴起,大截面铝合金构件的应用越来越广泛。为研究大截面铝合金轴心受压构件整体稳定性能,针对4个工字形6061-T6铝合金轴心受压构件和3个箱形6061-T6铝合金轴心受压构件进行了试验研究。试验中,以长细比为变量研究了构件的稳定承载力、破坏形态和荷载-位移曲线。并将试验结果与中国规范、欧洲规范和美国规范进行了对比。所有构件均发生典型的整体失稳破坏形态,中国规范与欧洲规范均对构件的承载力有明显低估,而美国规范较为准确地预测了试验结果。试验结果可为GB 50429—2007《铝合金结构设计规范》的修订提供建议。     

960 MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定试验研究

针对960 MPa高强度钢材轴心受压构件的局部稳定性能,对4个箱形截面试件和4个工字形截面试件进行了轴心受压试验。分析了试件的局部稳定性能,并将试验结果与我国、美国和欧洲钢结构设计规范的相应设计计算结果进行了对比分析,研究各国规范对960 MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定性能设计计算的适用性。研究结果表明:当构件的板件宽厚比相同时,960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲后强度要大于460 MPa高强度钢材构件,960 MPa高强度钢材构件应考虑钢材的屈曲后强度;我国现行钢结构设计规范中关于轴心受压构件局部屈曲应力的计算结果不适用于960 MPa高强度钢材构件;在试验钢材板件宽厚比范围内,960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲承载力,采用美国规范和欧洲规范的设计计算结果较为准确。     

960 MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定试验研究

针对960 MPa高强度钢材轴心受压构件的局部稳定性能,对4个箱形截面试件和4个工字形截面试件进行了轴心受压试验。分析了试件的局部稳定性能,并将试验结果与我国、美国和欧洲钢结构设计规范的相应设计计算结果进行了对比分析,研究各国规范对960 MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定性能设计计算的适用性。研究结果表明：当构件的板件宽厚比相同时,960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲后强度要大于460 MPa高强度钢材构件,960 MPa高强度钢材构件应考虑钢材的屈曲后强度;我国现行钢结构设计规范中关于轴心受压构件局部屈曲应力的计算结果不适用于960 MPa高强度钢材构件;在试验钢材板件宽厚比范围内,960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲承载力,采用美国规范和欧洲规范的设计计算结果较为准确。     

轴心受压构件高温稳定系数研究

在钢结构耐火设计中,关于轴心受压构件的高温稳定系数有不同的计算方法。本文根据4种不同长细比的轴心受压钢构件的高温试验结果,对比研究了3种不同计算方法的计算精度及实际应用性。结果表明,当构件长细比大于68时,用钢构件常温下的整体稳定系数代替构件在高温下的整体稳定系数计算轴心受压构件极限承载力的方法最简单且计算精度较高,具有实际应用意义。对于长细比较小的构件(<68),取φT=φ则偏大,在实际应用中需要修正。研究结论简化了钢结构耐火设计流程,有效提高了工作效率。     

多国结构抗火规范关于H型钢柱的比较和分析

介绍了美国、英国、欧洲、澳大利亚和中国的钢结构抗火设计规范中关于受压构件的计算方法,并对它们的区别和联系进行了分析和论述。通过一个算例给出了各国规范的计算结果,并将它们的计算结果进行了对比。研究表明:美国、欧洲和中国规范的钢柱稳定系数差别较大;欧洲、英国和中国规范计算所得的受压构件的临界温度差别很小,澳大利亚规范和美国规范的临界温度偏低;中国规范和欧洲规范的无保护层钢构件耐火时间基本上相同,澳大利亚规范结果偏低,英国规范结果偏高;欧洲和中国规范的有轻质保护层受压钢构件耐火时间基本相同,美国规范耐火时间偏短。     

高强钢轴心受压构件计算模式不定性研究

为研究高强钢轴压构件计算模式的不定性,总结了已有文献关于高强钢轴心受压构件的整体稳定承载力试验数据和有限元数值计算结果,并利用在编的《高强钢结构设计规程》中的轴心受压构件整体稳定承载力计算公式计算了整体稳定系数。对这些数据采用数理统计的方法,分析了高强钢轴心受压构件整体稳定承载力的试验值与理论值、理论值与规范值差异的不定性,检验了其服从的概率分布,计算得到了统计参数;在此基础上,计算了高强钢轴心受压构件计算模式不定性的统计参数,为下一步提出高强度钢材材料设计指标提供了依据。     

中、美规范中受压构件的正截面承载力计算

对中国<混凝土结构设计规范>(GB 50010-2002)和美国ACI 318M-05规范中钢筋混凝土受压构件的最小和最大配筋率、正截面轴心受压、偏心受压承载力及其配箍构造的规定进行了对比分析.结果表明:对于轴心受压构件,美国规范中受压承栽力的折减系数小于中国规范;随着受力状态由大偏心受压向小偏心受压过渡,美国规范抗力折减系数的变化与构件的受力破坏特征有关,而中国规范的抗力折减系数基本不体现大、小偏心受压构件受力破坏特征的影响;对于高强混凝土,中国规范在确定混凝土材料强度标准值时引入了脆性系数,而美国规范通过较高的配箍率规定来保证高强混凝土构件的受力破坏特征与普通混凝土一致.     

《钢结构设计规范》(GBJ17-88)内容简介

<正> 五、轴心受压构件的计算1.轴心受压构件的稳定性轴心受压构件的稳定性计算就是使截面上的平均应力等于或小于稳定的临界应力。轴心受压构件的稳定系数φ就是稳定临界应力σ_(cr)与钢材屈服强度(或屈服点),f_y的比值,本规范按柱的最大强度理论用柱挠曲线法算出96条φ-λ曲线(柱子曲线),经过归纳后得出φ值。在计算各条曲线时,考虑截面的不同形式和尺寸、不同的加工条件及残余应力图式,同时考虑(1/1000)杆长的初挠曲。由于算出的96条曲线的分布较为离散,若用一条曲线来代表这些曲线,就显得不够合理,所以有必要进行分类。将承载力相按     

奥氏体型不锈钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定性能试验研究

为了研究奥氏体型不锈钢材轴心受压构件的整体稳定性能,对6根奥氏体型不锈钢焊接箱形截面柱进行了轴心受压试验研究,在试验前对试件的几何初弯曲进行了测量,在试验过程中对荷载初偏心进行了量测。基于试验结果,分析了该类型构件的失稳破坏形态和整体稳定承载力,并与欧洲钢结构规范和中国钢结构规范进行了对比。结果表明此次试验数据高于欧洲钢结构规范和中国钢结构规范的设计曲线,设计曲线较为保守。     

关于脚手架用钢管稳定系数的讨论

直接将GB 50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》中关于轴心受压构件的稳定系数φ用于脚手架钢管的计算值得商榷。在保持GB50018-2002规范的综合缺陷数学模式不变的前提下,考虑48×3.5钢管的截面特性和实际的几何缺陷,提出φ系数的修订意见,并给出标准的φ系数表格。     

铝合金E形截面轴压构件整体稳定系数研究

针对门窗和幕墙工程中常用的铝合金E形截面轴心受压构件,根据有限元法计算结果,拟合得到了构件整体稳定系数实用计算公式。用它得到的计算结果接近且略小于采用英、美相应规范的计算结果,能更好地满足计算精度和安全度的工程设计要求。     

激光焊接不锈钢工字形截面中长柱受力性能研究

为研究激光焊接奥氏体不锈钢工字形截面轴心受压中长柱的承载性能,对10根激光焊接不锈钢工字形薄柔截面中长柱进行轴心受压试验研究,结果表明,中长柱的破坏模式均为板件局部屈曲与构件整体弯曲屈曲的相关失稳。同时,基于残余应力试验,验证了已有激光焊接不锈钢工字形截面的残余应力分布模型。基于试验结果验证了有限元模型,对激光焊接不锈钢工字形截面轴心受压中长柱开展参数分析,研究了几何初始缺陷和残余应力对中长柱稳定承载力的影响,结果表明,残余应力是影响中长柱稳定承载力的主要因素。结合试验和有限元计算结果,对CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》中轴心受压构件稳定承载力设计公式的适用性进行评估,并考虑残余应力的影响修正了轴心受压构件整体稳定设计公式的计算系数。采用修正后计算系数的规范公式能准确计算激光焊接不锈钢工字形截面轴心受压构件的稳定承载力。     

高强度等边角钢轴心受压局部稳定的有限元分析和设计方法研究

随着钢结构的发展,高强度热轧等边角钢在钢结构中的应用逐渐增多,如输电铁塔和大跨度桁架等。然而由于强度的提高,较多数量角钢截面的等效宽厚比超过规范的限值,不满足局部稳定的要求。我国现行规范尚未对这一问题给出明确规定。运用通用有限元软件ANSYS建立有限元模型,准确模拟构件的残余应力和几何初始缺陷,对15个高强度热轧等边角钢轴心受压构件的局部稳定受力性能进行有限元分析,并与相应的试验结果进行对比。比较结果表明,建立的有限元模型能够准确模拟几何初始缺陷和残余应力对构件局部稳定受力性能的影响,从而准确地分析计算高强度热轧等边角钢轴心受压构件的局部稳定受力性能。利用已验证的有限元模型,对高强度热轧等边角钢轴心受压构件的局部稳定受力性能进行有限元参数分析,并与美国规范和欧洲规范的设计方法进行对比。结果得到:几何初始缺陷和残余应力对于高强度热轧等边角钢轴心受压构件局部稳定承载力的影响比普通钢材受压构件小;美国钢结构设计规范能够更准确的计算Q420等边角钢轴心受压构件的局部稳定承载力。     

奥氏体不锈钢焊接工字型截面轴压构件整体稳定性能试验研究

为了研究奥氏体不锈钢材料的轴心受压构件的整体稳定性能,对11根奥氏体型不锈钢焊接工字形截面试件进行了轴心受压试验研究,其中5根采用强轴失稳模式,6根采用弱轴失稳模式。根据试验前测量得到的试件的几何初弯曲和试验过程中量测得到的荷载初偏心,分析了该类型构件的失稳模态和整体稳定性能承载能力,并将试件的试验数据计算结果与现行欧洲不锈钢结构规范和中国钢结构规范进行了对比,表明欧洲不锈钢规范偏保守,而中国钢结构规范较不安全。     

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。     

中外钢结构设计规范安全度设置水平的比较研究

本文选择了国内外几本有代表性的钢结构设计规范,包括中国《钢结构设计规范》GB50017-2003和《美国钢结构建筑物荷载及抗力系数设计规范》LRFD-2001及欧洲钢结构试行标准EC3—1993,从相当安全系数的角度,对三本规范中的轴心受拉、轴心受压、梁受弯、偏心受压等基本构件在承载能力极限状态下的强度或稳定性的相当安全系数,进行了计算分析和比较,获得了中外钢结构设计规范安全度水平差异的定量数据,提出了调整我国钢结构设计规范基本构件的安全度设置水平的有关建议,可供我国钢结构设计规范今后修订时参考。     

铝合金轴心受压构件理论和试验研究

进行了63件国产6061-T6铝合金挤压型材的轴心受压构件试验,搜集到了142个已有同类试验数据。通过对国产铝合金轴心受压构件的大规模数值计算,得到了252条柱子曲线,据此将铝合金轴心压杆按不同材料类型分为两类,并建议了2条柱子曲线用于计算铝合金轴心压杆的稳定系数。最后,将本文的建议曲线和试验数据以及各国规范进行了比较。结果表明:有效试验点以建议曲线为中线基本均匀分布于建议曲线的两侧,建议曲线和欧洲规范EC9比较接近。本文的建议公式能够用于计算铝合金轴心压杆的稳定系数。     

扣件式脚手架用钢管稳定系数研究

当前,在计算脚手架用钢管稳定承载力时,轴心受压构件稳定系数大多仍沿用GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》的取值。资料表明,脚手架与GB 50018—2002计算中考虑的缺陷和截面存在差异。通过分析国内外相关规范中稳定系数φ取值,依照规范中综合缺陷数学模式,考虑48×3.5钢管的截面特性和实际几何缺陷,提出稳定系数φ修订意见。根据试验所测得结构稳定承载力,对初始弯曲和稳定系数φ的取值进行研究,并给出建议值。