Post-buckling strength of rectangular concrete-filled steel tube panels

为研究矩形钢管混凝土壁板的屈曲后强度，根据平板的弹塑性屈曲理论并考虑残余应力的影响，确定了板件发生塑性屈曲、弹塑性屈曲和弹性屈曲的正则化界限宽厚比。采用试验验证的有限元模型进行了宽厚比为20~150、钢材屈服强度为275~960 MPa的矩形钢管混凝土壁板局部屈曲分析，以界限宽厚比为控制点，根据有限元结果拟合出了矩形钢管混凝土壁板的有效宽度计算式。研究结果表明：弹性屈曲板件的屈曲后强度提高程度显著高于弹塑性屈曲板件；屈曲后强度的提高程度与钢材屈服强度无明显相关性；与无面外约束钢板相比，混凝土的单侧约束作用可使板件的屈曲后强度普遍提高约50%；提出的矩形钢管混凝土壁板的正则化界限宽厚比和有效宽度计算式与试验结果吻合较好，有效宽度试验值比所提公式计算值平均增大7.2%，标准差为0.091。     

矩形钢管混凝土壁板的屈曲后强度

为研究矩形钢管混凝土壁板的屈曲后强度,根据平板的弹塑性屈曲理论并考虑残余应力的影响,确定了板件发生塑性屈曲、弹塑性屈曲和弹性屈曲的正则化界限宽厚比。采用试验验证的有限元模型进行了宽厚比为20~150、钢材屈服强度为275~960 MPa的矩形钢管混凝土壁板局部屈曲分析,以界限宽厚比为控制点,根据有限元结果拟合出了矩形钢管混凝土壁板的有效宽度计算式。研究结果表明：弹性屈曲板件的屈曲后强度提高程度显著高于弹塑性屈曲板件;屈曲后强度的提高程度与钢材屈服强度无明显相关性;与无面外约束钢板相比,混凝土的单侧约束作用可使板件的屈曲后强度普遍提高约50%;提出的矩形钢管混凝土壁板的正则化界限宽厚比和有效宽度计算式与试验结果吻合较好,有效宽度试验值比所提公式计算值平均增大7.2%,标准差为0.091。     

基于壁板屈曲后强度的矩形钢管混凝土偏压承载力计算方法

为了准确计算大宽厚比矩形钢管混凝土短柱偏压承载力,通过有限元方法对非均匀受压单侧约束平板的屈曲性能进行了研究,给出了该类板件的弹性屈曲系数计算公式。以此为基础,结合有效宽度法,提出了基于壁板屈曲后强度的矩形钢管混凝土偏压承载力计算方法。为验证所提计算方法的准确性,建立了大宽厚比钢管混凝土短柱偏压试验数据库,并将该计算方法与各规范的计算方法进行了对比。结果表明:提出的两种大宽厚比矩形钢管混凝土偏压承载力计算方法具有较高的计算精度,计算结果与试验结果吻合良好,其中方法二能够准确地评估构件的偏压承载力,可用于大宽厚比矩形钢管混凝土短柱偏压承载力计算中。     

初始缺陷对矩形钢管混凝土柱壁板屈曲后强度的影响

为了研究焊接残余应力和几何初始缺陷对矩形钢管混凝土柱壁板屈曲后强度的影响,采用有限元软件ABAQUS进行参数分析,参数包括壁板的屈服强度、宽厚比、几何初始缺陷取值大小、是否施加几何初始缺陷和焊接残余应力,并考虑两者耦合作用,给出考虑焊接残余应力和几何初始缺陷后的矩形钢管混凝土柱壁板有效宽度计算公式,并与试验数据进行比较。结果表明:建立的有限元模型能较好地模拟壁板的局部屈曲和屈曲后行为,焊接残余应力和几何初始缺陷都会降低壁板屈曲后强度,且焊接残余应力的影响较大; 不同强度等级的钢材都需要考虑焊接残余应力和几何初始缺陷的影响,对于屈服强度大于460 MPa的高强钢材,当宽厚比大于65时,可以忽略几何初始缺陷的影响; 给出的有效宽度计算公式可以较为准确且偏保守地预测矩形钢管混凝土柱壁板屈曲后强度。     

矩形钢管混凝土柱T形加劲肋设计方法

基于钢板弹性屈曲理论,提出了矩形钢管混凝土柱内设置T形加劲肋的技术措施和设计方法。对于板件宽厚比较大的矩形钢管混凝土柱,沿钢管壁纵向设置T形加劲肋,由于T形加劲肋翼缘部分包裹于混凝土内部,充分发挥加劲肋与混凝土的共同工作性能,改善钢管壁局部屈曲性能。采用能量法并考虑内部混凝土对钢管壁的侧向支撑作用,基于均匀受压四边固支板简化计算模型,推导了内设置T形加劲肋的柱壁板件临界应力计算公式。通过控制钢管壁全截面有效,并考虑加劲肋界限刚度比影响,提出了矩形钢管混凝土柱的T形加劲肋刚度限值要求。结果表明:T形加劲肋与混凝土的共同工作显著改善了钢管壁的局部屈曲性能;对于大宽厚比矩形钢管混凝土柱,通过合理设计T形加劲肋,仍可使钢管壁全截面有效,即先发生屈服而不是局部屈曲。     

考虑局部屈曲的矩形钢管混凝土轴压承载力计算方法

基于已有的试验研究与理论分析,给出了矩形钢管混凝土中钢管不出现局部屈曲时的最大宽厚比限值,同时提出大宽厚比下矩形钢管混凝土中考虑钢管屈曲的承载力计算方法。通过回归分析给出了矩形钢管混凝土轴压短柱、轴压中长柱的承载力简化计算公式,简化计算结果和大量试验结果进行对比,用试验结果验证了简化计算结果的正确性。同时,采用CECS、DBJ、EC4、LFRD及AIJ规程计算了矩形钢管混凝土承载力并和试验结果进行对比,对比结果表明:欧洲EC4规程、DBJ规程及简化计算结果与试验结果较为接近,所提出的简化计算公式不仅适用于普通宽厚比下矩形钢管混凝土承载力计算,且适用于大宽厚比下考虑局部屈曲时承载力计算,实现了普通壁厚和薄壁矩形钢管混凝土承载力计算公式的统一。     

矩形钢管混凝土柱管壁局部屈曲性能研究

对矩形钢管混凝土柱钢管壁的局部屈曲性能进行了分析研究。用有限条法计算出了各种应力梯度作用下管壁的局部屈曲临界应力σcr和局部屈曲系数k0 ,并将得到的屈曲系数代入到有效宽度统一法则中 ,得到了保证管壁不发生局部屈曲时板件的宽厚比、高厚比的限值表达式。分析结果与《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS1 5 9:2 0 0 4)中限值的比较表明 ,规程的规定限值是可靠的     

高强冷弯矩形钢管混凝土柱抗震性能非线性有限元分析

基于试验结果,采用OpenSEES有限元软件模拟高强冷弯矩形钢管混凝土柱在低周往复荷载作用下抗震的受力全过程。分析试验构件的滞回性能,并基于纤维模型理论数值计算方法对高强矩形冷弯钢管混凝土的骨架曲线进行理论计算。探讨了截面长宽比、钢管的宽厚比、轴压比对高强冷弯矩形钢管混凝土柱的力学性能的影响。结果表明:采用Open SEES计算得到的滞回曲线、骨架曲线与试验实际滞回曲线、骨架曲线吻合较好;在一定范围内,高强冷弯矩形钢管混凝土柱的截面长宽比越小,其水平承载力和刚度越大;钢管宽厚比减小可有效提高高强冷弯矩形钢管混凝土柱的水平承载力和刚度;轴压比越小,高强冷弯矩形钢管混凝土柱水平承载力越高且延性越好。     

基于有限条法的偏压下方钢管混凝土柱局部屈曲分析

假定方钢管混凝土偏压柱钢板四边均为固定约束,建立基于有限条法的偏压下方钢管混凝土柱钢板局部屈曲模型。利用所建立模型计算了不同应力梯度下方钢管混凝土偏压柱钢板局部临界屈曲系数,从而得到偏压下方钢管混凝土柱的局部屈曲强度。为了验证模型正确性,对基于所述模型的方钢管混凝土偏压柱钢板局部临界屈曲系数计算值与基于能量变分法公式的计算值进行比较,两者非常吻合。同时,基于本文模型的局部屈曲强度计算值与先前试验结果比较,亦整体吻合良好。从而进一步验证了所述模型的正确性。最后,研究了偏压下方钢管混凝土柱钢板合理的宽厚比限值,给出了不同应力比时方钢管混凝土柱钢板合理的宽厚比限值,以便于工程设计应用。     

大宽厚比H形截面短柱轴压性能研究

针对大宽厚比H形截面轴心受压构件,目前中国GB 50017—2017中尚未形成完整的设计方法,而在欧洲EN 1993-1-1和美国ANSI/AISC 360-16中未能充分考虑板件相关作用的影响。为确保此类构件在工程应用中的安全性,探讨以上规范计算方法的适用性,针对12个大宽厚比,即宽厚比超出GB 50017—2017板件宽厚比限值的H形截面短柱,开展了轴压试验研究,基于试验结果进行了有限元分析。研究结果表明：翼缘与腹板间的约束作用在不同宽厚比组合下存在差异,直接影响板件的屈曲荷载,进而影响构件的承载力;通过调整翼缘与腹板宽厚比组合,大宽厚比H形截面轴心受压短柱有较高的屈曲后承载力,甚至可以达到全截面塑性承载力;根据板件宽厚比相对大小不同,峰值荷载后大宽厚比H形截面轴心受压短柱荷载-位移曲线可分为有、无陡降段两种类型;通过有限元分析,得到了宽厚比对H形截面轴心受压短柱承载力的基本影响规律,提出了考虑板件相关作用的受压截面分类宽厚比限值;通过对不同规范轴心受压构件承载力计算结果的对比,发现欧洲EN 1993-1-1和美国ANSI/AISC 360—16对H形截面轴心受压短柱承载力的计算结...     

空心薄壁方钢管混凝土柱局部屈曲时宽厚比限值的确定

采用通用有限元软件ABAQUS对空心薄壁方钢管混凝土轴压柱局部屈曲性能进行了分析,并将计算结果与试验结果进行比较,结果表明二者基本吻合。为方便判断构件是否发生局部屈曲,提出了屈强系数的概念。在此基础上,分别考虑了不同参数变化对构件局部屈曲性能的影响,并确定出了空心薄壁方钢管混凝土柱局部屈曲时宽厚比限值为60 235/fy。     

Finite element analysis of local buckling behavior of steel plates in concrete-filled double steel plate composite shear walls

采用ABAQUS有限元软件对双钢板-混凝土组合剪力墙中外包钢板的局部屈曲行为进行了有限元模拟,分析外包钢板在轴压作用下的局部屈曲和屈曲后的受力性能。共开展了15个模型的有限元分析,模型的变化参数包括钢板的宽厚比和对拉钢筋的列数。分析结果表明：对于列间距和行间距相同的对拉钢筋布置方案,钢板局部屈曲始终发生在相邻两对拉钢筋之间;钢板发生屈曲后,与屈曲位置相邻的对拉钢筋承受较大的拉力,且对拉钢筋拉力随着对拉钢筋间距的减小而增大;增加对拉钢筋列数和减小钢板宽厚比可有效改善外包钢板的局部稳定性能,提高钢板的承载能力和变形能力;相比点约束,线约束对钢板局部屈曲的约束更为有效;无对拉钢筋模型、单列对拉钢筋模型和双列对拉钢筋模型达到屈服强度（345MPa）所需的最小宽厚比分别为25、30和37.5。     

非均匀受压矩形钢管混凝土局部弹性屈曲分析

应用不同的特征函数描述了矩形板在非均匀压力作用下的屈曲形态,解决了采用三角级数为屈曲函数模拟非均匀受压荷载作用下单侧表面约束矩形板件屈曲模态的不对称问题;通过伽辽金法建立屈曲控制方程组,分析了非均匀荷载作用对矩形钢管混凝土构件局部弹性屈曲性能的影响。结果表明:钢管屈曲系数随着不均匀荷载梯度α增加而增大,纯弯作用下（α=2）的板件弹性屈曲荷载特征值约为轴压作用下的6倍;钢板的宽厚比限值随不均匀加载梯度α的增大而增加;非均匀荷载作用下非加载边固支约束板件的屈曲系数明显大于简支约束的板件。     

Experimental investigation of concrete-filled cold-formed high strength stainless steel tube columns

This paper presents an experimental investigation of concrete-filled cold-formed high strength stainless steel tube columns. The high strength stainless steel tubes had a yield stress and tensile strength up to 536 and 961 MPa, respectively. The behaviour of the columns was investigated using different concrete cylinder strengths varied from 40 to 80 MPa. A series of tests was performed to investigate the effects of the shape of the stainless steel tube, plate thickness and concrete strength on the behaviour and strength of concrete-filled high strength stainless steel tube columns. The high strength stainless steel tubes were cold-rolled into square and rectangular hollow sections. The depth-to-plate thickness ratio of the tube sections varied from 25.7 for compact sections to 55.8 for relatively slender sections. The columns had different lengths so the length-to-depth ratio generally remained at a constant value of 3. The concrete-filled high strength stainless steel tube specimens were subjected to uniform axial compression. The column strengths, load-axial strain relationships and failure modes of the columns were presented. The test strengths were compared with the design strengths calculated using the American specifications and Australian/New Zealand standards that consider the effect of local buckling using an effective width concept in the calculation of the stainless steel tube column strengths. Based on the test results, design recommendations were proposed for concrete-filled high strength stainless steel tube columns.     

PBL加劲型矩形钢管混凝土轴压柱局部屈曲性能分析

为研究开孔钢板连接件（PBL）加劲肋对矩形钢管混凝土轴压柱局部屈曲性能的影响,用能量法推导钢管屈曲系数计算公式,引入PBL和加劲肋相对刚度计算式并分析二者对屈曲模式的相互作用关系,讨论了PBL加劲型钢管的极限屈曲模式及其极限屈曲系数、最大相对宽厚比限值。结果表明:PBL加劲肋可明显改善钢管局部稳定性,钢管屈曲系数k随着PBL加劲肋刚度增加而增大,直至达到极限屈曲系数42.68;PBL连接件可减小板件纵向屈曲的波长,而加劲肋的影响作用与之相反;设置PBL加劲肋后,钢管的最大相对宽厚比限值可达184,并且板件屈曲后强度随宽厚比的变化曲线下降趋势减缓,强度值随着PBL刚度增加而逐渐提高。     

不同圆心角圆端形钢管混凝土短柱轴压性能

为研究圆心角60°和120°圆端形钢管混凝土短柱轴压力学性能,对4个圆端形钢管混凝土短柱进行轴压试验,探究不同圆心角和宽厚比对其极限承载力的影响。基于试验结果,应用有限元软件ABAQUS进行三维实体建模,对圆端形钢管混凝土短柱进行参数分析,研究了钢材强度、混凝土强度、宽厚比、高宽比、尺寸效应等对极限承载力的影响。基于参数分析,建立圆心角为60°和120°圆端形钢管混凝土短柱极限承载力实用计算公式。结果表明:破坏形态均为局部屈曲破坏,且平直段区域均出现局部屈曲现象; 随圆心角增大,构件极限承载力增大; 随宽厚比增大,极限承载力呈现下降趋势; 当圆弧段圆心角从60°增大至120°时,强度指标降低,表明整体约束效应减弱; 圆端形钢管混凝土轴压短柱的整体约束效应随圆心角增大而减小; 随着钢材强度、混凝土强度的增大和构件宽厚比的减小,极限承载力逐渐增大; 不同圆心角的尺寸效应对其极限承载力与初始刚度的影响类似,随着构件尺寸增大,极限承载力与初始刚度均呈现增大的趋势。     

Local buckling of steel plates in rectangular CFT columns with binding bars

This paper presents a theoretical study on the elastic local buckling of steel plates in rectangular concrete-filled steel tubular (CFT) columns with binding bars under axial compression. It is assumed that the unloaded edges of the steel plate are elastically restrained against rotation, whereas the loaded edges are clamped. Based on the energy method, the formulas for elastic local buckling strength of the steel plate in rectangular CFT columns under axial compression are derived, which are calibrated with the experimental results. Then the formulas are employed to study the elastic local buckling of steel plates in rectangular CFT columns with binding bars under axial compression. It is shown that the binding bars can increase the local buckling coefficient, which results in improvement of the capacity of the steel plate to resist local buckling. Finally, appropriate spacing of binding bars, appropriate limitation for aspect ratio and corresponding appropriate limitation for width-thickness ratio are suggested for rectangular CFT columns with binding bars under axial compression.