高强度等边单角钢轴压构件稳定设计研究回顾与问题探讨

高强度单角钢轴压构件的稳定性能因其材料的屈服强度等力学性能改变而发生变化,因而在稳定设计及其相关研究中会遇到许多新的问题。针对这一现状,结合我国GB 50017-2003《钢结构设计规范》、美国钢结构设计规范ANSI/AISC 360-05和ASCE 10-97等三部规范,对设计规范中宽厚比限值规定的适用性、高强度角钢宽厚比限值制定的必要性、角钢构件长细比的计算,以及现有角钢轴压构件稳定计算的折减方法等问题进行了探讨和算例分析,基于稳定的基本理论和数据结果的对比分析,解释并给出了上述几个问题的确定性结论和需要注意的方面,为高强度单角钢轴压构件稳定设计方法的研究提供了参考。     

Q420高强度角钢轴心受压承载力试验研究

对45根热轧Q420高强度角钢进行了轴心受压试验,得到了3种不同尺寸截面和5种不同长细比的角钢试件的稳定承载力和破坏模式。宽厚比较大的L125×8角钢以局部失稳为主,而宽厚比较小的L125×10和L140×10在长细比较小时为局部失稳、长细比较大时发生整体失稳。利用ANSYS软件对试件进行了承载力分析,有限元模型考虑材料及几何非线性,以及初始几何缺陷和残余应力,数值结果与试验结果吻合良好。利用我国DL/T 5154—2012规范、美国ASCE 10-97导则及LRFD-SAM-2000规范计算了角钢试件的承载力,与试验结果比较表明,美国ASCE 10-97导则及LRFD-SAM-2000规范计算结果与试验值较为接近,而DL/T 5154—2012规范计算得到的承载力偏小。     

考虑支座约束影响的大角钢轴压杆失稳形态研究

针对大角钢轴压杆失稳形态这一问题,对90根大角钢构件进行轴压试验,并考虑试验中支座的弯曲转动刚度和扭转转动刚度的影响,对大角钢构件绕非对称轴的弯曲长细比和绕对称轴的扭转长细比进行了修正。研究结果表明:大角钢轴压杆的失稳形态以弯曲失稳为主,对于长细比小于40的大角钢轴压杆可不用验算其弯扭屈曲承载力,仅按弱轴弯曲屈曲计算其承载力便可保障设计安全,对工程设计具有指导意义。     

输电铁塔十字组合角钢主材稳定承载力研究

以十字组合角钢构件为研究对象,研究构件轴心受压失稳方式,对GB 50017-2003《钢结构设计规范》、DL/T 5154-2012《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》、ASCE 10-97《美国输电铁塔导则》有关轴心受压长细比取值规定及受压稳定承载力计算方法进行对比分析。研究表明:3种规范有关双轴对称十字截面构件的计算长细比取值均考虑扭转屈曲的影响;ASCE 10-97和DL/T 5154-2012轴心受压稳定承载力计算考虑了翼缘外伸宽厚比对稳定强度的折减。GB 50017-2003与DL/T 5154-2012有关十字组合角钢受压稳定承载力计算结果接近,且均小于ASCE规范。     

单边连接高强角钢受压力学性能的试验研究

通过对48根Q460高强角钢单边连接压杆承载力试验,对其受力性能和变形进行研究。由试验可知:试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,小长细比试件大多为局部屈曲,大长细比试件为整体屈曲。将试验极限荷载值与美国ASCE 10—1997《输电铁塔设计导则》理论值进行对比,结果表明,试验值略大于美国规范值,因此,可以用美国ASCE 10—1997对单边连接Q460高强等边角钢压杆进行设计,且设计偏于安全。     

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/T5154—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。     

高强角钢两端偏心子结构压杆试验研究和仿真分析

为研究在符合实际工程的边界条件下,两端偏心连接的Q460高强等边单角钢的受力性能及极限承载力,进行两组子结构试验,试验角钢长细比分别为45和60。试验表明:构件绕平行于连接肢的轴发生弯曲变形,同时伴有绕角钢纵轴的扭转变形,小长细比试件主要为局部屈曲,大长细比试件为整体屈曲。采用有限元模拟实际试件的受力性能。结果表明:有限元分析的极限承载力较试验值偏大,美国ASCE 10-1997规范值偏于保守,试验值处于美国规范值与有限元分析值之间,且靠近有限元值。在模型试验和仿真分析的基础上,提出两端偏心连接高强角钢等效长细比公式。对比子结构和单压杆的分析结果,表明:单压杆试验的等效长细比公式中,对长细比的限值可以放宽条件;单压杆试验模拟实际工程的边界条件是可靠的。     

长细比对轴压角钢承载力影响的数值分析

本文利用ANSYS有限元程序,计算了等边角钢轴心受压构件的承载力,着重分析了长细比对等边角钢轴压构件的承载力、屈曲模态、局部屈曲等的影响,指出我国《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》中关于轴压构件稳定强度折减系数的规定是不够合理的。     

偏心受压单角钢构件力学性能试验研究

为了研究单边连接角钢在输电铁塔斜杆中的受力性能,采用与肢边平行的刀口铰支座,对48根等边角钢与62根不等边角钢试件进行了偏心受压试验稳定承载力研究。分析了节点板厚度、螺栓数量对其承载力影响,考察了不同长细比时角钢的破坏模式、承载力及其变形形态,并与国内外规范中局部稳定宽厚比限值进行了比较。研究结果表明:长细比小于35的等边角钢与长细比小于40的不等边角钢发生了局部屈曲破坏,反之发生整体屈曲破坏,其中包括弯曲屈曲与弯扭屈曲两种;角钢承载力随着偏心距增加而逐渐下降,当等边角钢长细比超过175或者不等边角钢长细比超过150时,偏心对承载力的影响可忽略;当长度相同时,等边角钢承载力略高于不等边角钢,二者差值随长细比增加而减小;随着长细比增加,角钢弯曲轴从肢边平行轴逐渐向弱主轴转动,其稳定系数相较于规范值来说时高时低,承载力应根据实际弯曲轴对应的长细比进行确定。该类角钢构件局部稳定宽厚比限值应低于我国现有规范GB 50017—2017与DL/T 5154—2012的规定值。     

高强冷弯薄壁型钢轴压长柱受力性能试验研究

进行了15组G550级高强冷弯薄壁型钢方管截面轴压长柱的试验研究，考察了其受力特性及破坏特征，试件的壁厚均为0．6mm，截面板件宽厚比分为42、58、75三类，长细比分为40、60、80、100、120五类。试验研究结果表明：直接利用中国现行规范GB50018—2002对G550级高强冷弯薄壁型钢轴压构件进行稳定承载力计算的结果与试验结果相差较大，偏于不安全，必须进行修正。通过对试验结果的比较分析，给出了考虑构件截面板组相关性影响时，采用规范GB50018—2002计算G550级高强冷弯薄壁型钢轴压构件稳定承载力的建议，建议方法所得结果与试验结果吻合良好，且偏于安全，可供修订规范和设计时参考。     

等边单角钢轴心压杆局部稳定计算问题的讨论

在钢结构工程中,特别是在输电线路的铁塔设计中,经常采用等边单角钢作为轴心受压构件.在设计计算中,无论是按照我国现行的GB 50017-2003<钢结构设计规范>,还是采用ASCE 10-1997<美国输电铁塔设计导则>,都需要考虑角钢肢宽与厚度之比的问题.针对此问题,根据弹性稳定理论,推导了等边单角钢轴心压杆宽厚比限值的计算公式,并提出设计计算的方法,供工程设计参考.     

钢-竹组合工字形柱轴压性能试验研究

为研究钢-竹组合工字形轴心受压构件性能,设计制作了18根工字形柱试件,以含钢率与长细比为基本参数,对其进行了轴压试验,观测了试件的破坏形态和变形特征,分析了各参数对试件轴压性能的影响规律,得到了组合柱在轴压荷载作用下的荷载-位移关系,基于钢材与竹材本构关系使用纤维模型法推演了荷载-位移全过程曲线.通过分析组合柱的屈服条...     

轻钢轻混凝土柱轴心受压承载力试验研究

通过6根轻钢轻混凝土柱的轴压试验,研究了不同长细比、含钢率和缀板间距等参数对其轴压承载受力性能的影响.试验结果表明：含钢率一定时,长细比为57.2的轻钢轻混凝土柱发生整体失稳破坏,长细比为40.1和46.7的轻钢轻混凝土柱发生强度破坏,破坏时钢管均发生了局部屈曲;轻钢轻混凝土柱的承载力随含钢率增大而增大,随长细比增大而减小,而缀板间距对轻钢轻混凝土柱的承载力影响不大;轻钢轻混凝土柱与普通混凝土柱的抗压破坏机理和形态基本相似,其轴压承载力可按普通混凝土柱轴压承载力公式计算.     

钢骨高强混凝土柱的受力性能研究

通过12根钢骨高强混凝土柱的承载力试验,分析了长细比、轴压比、配箍率及钢骨形式对柱受力性能的影响,发现钢骨高强混凝土柱的受力性能除对轴压力系数、长细比敏感外,钢骨形式也是一个重要的影响因素,对于钢骨形式不同的钢骨高强混凝土柱,可适当调整其轴压力系数限值。还从理论上分析了试件的稳定承载力和轴压力系数,结论与试验结果吻合较好,所得结果可用于指导工程实践。     

圆端形钢管混凝土中长柱轴压性能

为研究圆端形钢管混凝土中长柱的轴压性能,考虑了构件千分之一杆长的初弯曲,使用有限元软件ABAQUS建立了圆端形钢管混凝土中长柱精细化有限元分析模型,利用已有试验数据验证有限元模型的合理性与精确性,在此基础上分析了试件的变形模式和承载能力状态,比较短柱、中长柱与长柱性能的不同,得出了圆端形钢管混凝土界限长细比。综合分析了长细比、钢管厚度、混凝土强度、钢材强度、高宽比等参数,提出了圆端形钢管混凝土中长柱极限承载力简化计算公式,并对简化计算公式的准确性进行了验证。结果表明:短柱为强度破坏,中长柱发生弹塑性失稳破坏,长柱发生弹性失稳破坏; 在其他条件相同的情况下,圆端形钢管混凝土中长柱的极限承载力、延性与长细比呈负相关,与钢材强度、钢管厚度呈正相关,混凝土强度的变化对承载力和延性的影响不大; 短柱与中长柱界限长细比λ₀=10～11,中长柱与长柱界限长细比λ_p=86.4～96.0; 与试验数据及有限元计算结果相比,承载力公式具有足够精度,可为圆端形钢管混凝土中长柱研究与工程应用提供理论依据。     

钢管再生混凝土轴压长柱试验研究及力学性能分析

设计5个圆钢管再生混凝土长柱和5个方钢管再生混凝土长柱,对其进行轴压静力单调加载试验,考虑截面形式、再生粗骨料取代率、长细比3个变化参数,观察试件受力的全过程和破坏形态,得到试件屈服应变、峰值变形、承载力等重要特征点数据,绘制出荷载-变形、荷载-应变、轴压刚度-变形等关系曲线,并分析变化参数对试件承载力的影响规律,采用相关规程计算2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力以及在正常使用极限状态下的刚度。试验研究和计算结果表明：钢管再生混凝土轴压长柱受力过程均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,破坏形态主要有材料强度破坏和弹塑性失稳破坏;再生粗骨料取代率对钢管再生混凝土轴压长柱的承载力影响不大;长细比对圆钢管再生混凝土试件承载力影响较大,随长细比的增加,试件的承载力逐渐降低,而对方钢管再生混凝土试件承载力影响较小。基于计算结果,给出了2种截面形式的钢管再生混凝土轴压长柱的承载力及轴压刚度的设计建议。研究结果可为钢管再生混凝土结构的进一步研究和推广应用提供参考。     

轻钢桁架柱轴压性能试验研究

通过10根轻钢桁架柱的轴压试验,研究了不同长细比和扣板间距等参数对轻钢桁架柱轴压承载受力性能的影响。结果表明:在轴向压力作用下,轻钢桁架柱主要发生弯曲屈曲破坏,且在没有任何侧向约束条件下双管柱不适于承受竖向荷载;轻钢桁架柱的承载力随着长细比的增加而显著下降;扣板间距对轻钢桁架柱的承载力影响不大,但要符合分肢长细比的要求;轻钢桁架柱可视为缀板式格构柱,双管柱按照实腹式轴心压杆的方法计算承载力,四管柱采用换算长细比的方法计算其绕虚轴弯曲屈曲破坏的极限承载力。     

超高强混凝土型钢组合长柱静力性能试验研究

为解决目前规范中缺乏超高强混凝土型钢组合柱设计方法和静力受压试验研究不够深入的问题,开展了5个轴心受压和4个偏心受压的立方体抗压强度为120 MPa超高强混凝土型钢长柱的静力试验,通过考察其破坏形态、轴力-挠度曲线、轴力-竖向位移曲线和轴力-应变曲线,研究了长细比、相对偏心距和箍筋间距对其静力性能的影响.试验结果表明:...