不锈钢芯板一字形墙单向压弯稳定承载力研究

不锈钢芯板一字形墙是由两片不锈钢面板及正交均匀排列的不锈钢芯管组成,芯管与面板之间的连接采用铜钎焊焊接。为研究不锈钢芯板一字形墙的压弯稳定性能,首先,进行了有限元特征值屈曲分析,得到了计算一字形墙弹性屈曲荷载及相应的正则化高宽比λ_n的计算式;通过有限元非线性分析,研究其受力过程和破坏机理,分析了高宽比、面板厚度、芯管外径、芯管壁厚以及芯管分布间距等参数变化对不锈钢芯板一字形墙压弯稳定承载力的影响,得到了轴心受压稳定系数φ_N与纯弯稳定系数φ_M,以及进行稳定设计的φ_N、φ_M-λ_n曲线;建立在可靠的有限元建立方法上,设计了3组不锈钢芯板一字形墙有限元模型,并对其压弯稳定承载力进行了有限元模拟研究。结果表明,计算式计算的构件承载力偏于安全。     

不锈钢芯板结构T形柱轴压性能有限元分析

为探究不锈钢芯板结构作为柱或梁的可行性,研究肢长、面板厚度和芯管壁厚对不锈钢芯板T形柱在轴压作用下稳定性的影响,结合已经完成的不锈钢芯板结构侧压试验,通过有限元计算软件ABAQUS对不锈钢芯板T形柱的轴压性能进行特征值屈曲分析和非线性屈曲分析。研究表明:T形柱的屈曲模式表现为面板局部屈曲;肢长对稳定承载力有很大影响;随着面板厚度的增大,芯管对面板的约束越来越弱,对其稳定承载力的贡献越来越小;芯管能给面板提供支撑,但芯管壁厚到达一定程度后,厚度的增加对稳定承载力的提升作用不大。     

不锈钢芯板结构L形柱轴压性能有限元分析

不锈钢芯板结构L形柱是充分利用夹层结构和不锈钢的优点提出的一种新型异形柱结构形式。为研究不同面板厚度、芯管厚度以及芯管间距对不锈钢夹层结构L形柱稳定承载力的影响,分析其破坏形态和屈曲模式,利用有限元软件ABAQUS建立有限元分析模型并对其做轴压荷载下的模拟,分别进行特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,通过对单一参数变化条件下柱的屈曲模式、变形以及荷载-位移曲线等方面的分析,全面研究这种新型L形柱轴压构件的性能。研究表明:该L形柱的屈曲模式表现为弯曲屈曲,其破坏形态为局部屈曲破坏,随着面板厚度的增加,芯管对面板的约束越来越弱,对其稳定承载力的贡献越来越小,同时发现芯管厚度和芯管间距对其稳定承载力的影响很大。     

不锈钢芯板一字形剪力墙抗震性能试验研究

为研究不锈钢芯板一字形剪力墙的抗震性能,完成了在不同轴压比、不同面板厚度以及不同芯管排布下,四个不锈钢芯板一字形剪力墙构件的拟静力试验,研究了构件在低周往复荷载作用下的变形特征和破坏模式,分析了构件在水平荷载作用下滞回曲线、骨架曲线、荷载特征值、延性系数、刚度退化、承载力退化以及耗能能力等抗震性能.试验结果表明:不锈钢芯板一字形剪力墙发生压弯破坏,且破坏形态均表现为构件根部位置的侧板与面板发生局部屈曲;面板厚度越大,承载力越高;当构件面板与侧板厚度相同时,可以保证面板与侧板能够协同工作,有较好的延性以及耗能能力;作为墙体两侧面板的连接件,芯管排布对构件抗震性能影响不大;增大轴压比会抑制面板的鼓曲,但会降低墙身的延性与耗能能力.     

不锈钢芯板结构芯管平压性能的研究分析

不锈钢芯板结构是一种新型的装配式结构体系。为研究不锈钢芯板结构芯管的平压性能,通过对12组合计212根构件不锈钢芯板结构芯管试件的平压试验,得到了不锈钢芯板结构芯管平压强度和平压模量;然后采用有限元分析来模拟试验过程。有限元计算结果与试验结果的对比表明:两者吻合良好,验证了有限元模型的可靠性;而后对芯管的平压性能进行数值分析。试验和理论结果表明:不锈钢芯板结构芯管在平压作用下的受力过程可以分为三个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段;芯管破坏的本质是芯管端部发生局部屈曲破坏;最后给出了此种不锈钢芯板结构芯管平压强度设计值的理论计算式。     

卷边C形截面不锈钢柱畸变屈曲直接强度法

为研究轴心受压卷边C形截面不锈钢柱的畸变屈曲承载力,采用ABAQUS软件对不锈钢轴压构件进行了非线性有限元模拟,并通过现有试验验证了有限元模型计算结果的准确性。弹性畸变屈曲荷载是采用直接强度法（DSM）的关键参数,首先研究了边界条件对构件承载力的影响,然后对比分析了现有轴心受压卷边C形截面不锈钢柱畸变屈曲承载力的计算方法与试验结果,发现BECQUE等提出的DSM公式与AISI中的畸变屈曲DSM公式均不能准确地预测卷边C形截面不锈钢构件的畸变屈曲承载力。最后,在大量有限元分析的基础上提出了轴心受压卷边C形截面不锈钢柱畸变屈曲承载力计算公式,并采用现有的试验结果验证了该公式的准确性。     

不锈钢芯板结构芯管剪切性能试验研究和有限元模拟

为研究不锈钢芯板结构芯管的剪切性能,对多组不锈钢芯板试件开展试验和有限元模拟,并对两者的结果进行对比。在验证有限元模型可靠性的基础上,对芯管的剪切受力过程和破坏机理进行模拟分析。研究表明:不锈钢芯板结构芯管在剪切作用下的受力过程可以分为三个阶段——弹性阶段、弹塑性阶段和塑性破坏阶段,芯管破坏的本质是芯管端部受弯导致受压区发生局部屈曲破坏。     

不锈钢芯板结构侧压性能试验研究

通过对不锈钢芯板夹层结构的侧压性能的试验研究和理论分析,着重讨论面板厚度、芯管厚度及间距对不锈钢芯板结构侧压性能的影响。研究表明:按照不同参数设计的试件主要存在局部皱折失稳、整体屈曲失稳、局部屈曲失稳三种破坏形式,并分别与芯管纵向间距、芯层剪切模量、芯层平压模量有关。发生前两种破坏时;试件极限位移和面板极限应力小,延性差;而发生局部屈曲失稳时,试件极限位移和面板极限应力大、延性好。为避免结构侧压时发生局部皱折失稳和整体屈曲失稳,在设计中宜通过缩小芯管的纵向间距以增加芯层剪切模量。     

不锈钢芯板三点弯曲力学性能有限元分析

为探究新型不锈钢芯板三点弯曲力学性能,通过ABAQUS有限元软件进行数值模拟,研究不锈钢芯板的破坏形式及弯曲性能的影响因素。结果表明:不锈钢芯板在三点荷载作用下的弯曲曲线可分为弹性、弹塑性和破坏三个阶段;不锈钢芯板的主要失效模式可分为芯管端部剪切破坏、整体弯曲破坏和面板剪切破坏;板的三点弯曲极限承载力受面板厚度、芯管壁厚和芯管直径等因素影响。     

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。     

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。     

CFRP约束竹条-薄壁圆钢管组合柱轴压性能研究

为延缓胶黏剂的失效,防止薄壁钢管过早发生屈曲,同时应对竹材防火、防虫、防腐性能差的缺点,提出一种CFRP约束竹条-薄壁圆钢管组合柱。制作9个短柱和4个长柱并对其进行轴心受压试验,继而基于验证后的有限元模型,分析竹条厚度、CFRP层数、钢管截面以及长细比对轴压性能的影响规律,在此基础上提出组合柱轴压承载力理论计算公式。研究结果表明：组合柱的破坏模式为柱中材料破坏、端部压溃破坏及整体失稳;组合柱的承载力随着竹条厚度和钢管直径的增加而增大,随着长细比的增大而减小;CFRP在中小长细比(λ_c≤50)组合柱中的环箍作用显著,但在大长细比(λ_c>50)组合柱中作用有限;组合柱发生整体失稳破坏的长细比界限值为19;各参数对组合柱承载力提升效率的影响不同。试验、有限元模拟及理论分析的结果吻合较好,承载力公式的计算结果与试验或有限元分析结果的平均误差均低于5.0%,最大误差均低于10%,说明轴心受压承载力计算公式具有较高的精度,适用于预测CFRP约束竹条-薄壁圆钢管组合柱的承载力。     

Q690高强圆钢管轴压性能数值分析及设计建议

利用商用有限元软件ABAQUS,对4种不同径厚比,正则化长细比λ_n从0.5～2.3的一系列埋弧焊接Q690高强圆钢管柱的整体稳定承载力进行了计算,然后根据公式φ=N/（Af_y）计算出整体稳定系数φ,将计算结果与GB 50017—2017《钢结构设计规范》规范中圆钢管轴压稳定曲线进行了比较。对Q690焊接圆钢管轴压构件整体稳定设计,针对GB 50017—2003《钢结构设计规范》规范提出两种建议：（1）对于柱子曲线选择的建议,即GB 50017—2003《钢结构设计规范》规范中采用a类柱子曲线;（2）对柱子曲线进行更新的建议,即更新GB50017—2003《钢结构设计规范》规范中的缺陷系数α1、α2、α3,提出了新的柱子曲线。     

一字形多腔钢管混凝土短肢组合剪力墙轴压性能试验研究及有限元分析

完成了6个一字形多腔钢管混凝土短肢组合剪力墙的轴压试验,研究了此类构件在轴压荷载作用下的受力性能,分析了墙肢高宽比对试件轴压性能的影响。同时,采用有限元软件ABAQUS分析了一字形多腔钢管混凝土短肢剪力墙的力学性能。结果表明:多腔钢管混凝土短肢组合剪力墙具有较高的承载力及良好的变形能力,随着高宽比的增大,试件承载力略有降低,位移延性系数基本不变。ABAQUS有限元分析结果和试验结果吻合良好,可以较好地模拟多腔钢管混凝土短肢组合剪力墙的轴压性能,其受力机理与矩形钢管混凝土类似,内隔板可有效约束混凝土。     

Experimental and FEA on axial behavior of rectangular multi-partition short-legged composite shear walls

完成了6个一字形多腔钢管混凝土短肢组合剪力墙的轴压试验,研究了此类构件在轴压荷载作用下的受力性能,分析了墙肢高宽比对试件轴压性能的影响。同时,采用有限元软件ABAQUS分析了一字形多腔钢管混凝土短肢剪力墙的力学性能。结果表明：多腔钢管混凝土短肢组合剪力墙具有较高的承载力及良好的变形能力,随着高宽比的增大,试件承载力略有降低,位移延性系数基本不变。ABAQUS有限元分析结果和试验结果吻合良好,可以较好地模拟多腔钢管混凝土短肢组合剪力墙的轴压性能,其受力机理与矩形钢管混凝土类似,内隔板可有效约束混凝土。     

冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件承载力计算的折减强度法

为了研究冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件的极限承载力,对15根轴心受压的冷弯薄壁卷边槽钢进行了破坏性试验,并采用有限元分析方法对试件进行模拟分析,有限元计算结果与试验结果吻合良好,验证了有限元方法的有效性,然后对典型截面构件进行大量的有限元参数分析。研究结果表明：冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件的极限承载力随着构件翼缘宽厚比、腹板高厚比、长细比以及钢材强度的增大而减小。通过参数分析得到了考虑局部屈曲、整体屈曲和畸变屈曲影响的构件屈服强度折减系数,提出了冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件承载力计算的折减强度法及其相应计算公式,且通过试验验证了本文折减强度法计算卷边槽钢轴心受压构件极限承载力的适用性。     

不锈钢芯板四边简支单向板挠度计算试验研究及理论分析

不锈钢芯板结构是一种类似于蜂窝板的新型建筑结构体系,这种结构是由上、下面板以及面板之间以一定间距排布的薄壁圆管通过铜钎焊焊接而成。采用试验、有限元分析和理论分析三种方法对不锈钢芯板四边简支单向板的挠度进行研究。理论分析以虚功原理为基础,通过对不锈钢芯板进行力学模型的简化,推导出了不锈钢芯板四边简支单向板在跨中承受集中荷载时的跨中挠度计算式。通过试验结果,对挠度计算式进行了验证。最后,分析了不同参数对于不锈钢芯板四边简支单向板挠度的影响。研究结果表明:基于虚功原理推导出的挠度计算式可以较精确计算出不锈钢芯板四边简支单向板的跨中挠度,此外,芯管的外径、纵向间距和面板的厚度对跨中挠度的影响较大。     

钢管高强混凝土剪力墙轴压承载力研究

为研究钢管高强混凝土剪力墙的轴压承载力,进一步了解钢管间混凝土的体积配箍率对其轴压承载力和变形的影响,完成了18个钢管高强混凝土剪力墙试件的轴压试验,研究了试件轴心受压的破坏形态、受力机制、承载力及变形能力。试验结果表明:随着钢管间混凝土体积配箍率的提高,混凝土的受压极限应变提高,钢管对管中混凝土的套箍效应得到更好的发挥,使试件的承载力和变形能力相应提高。采用有限元软件ABAQUS对钢管高强混凝土剪力墙轴压性能进行非线性分析,结果与试验结果相符。根据对试验结果的统计分析和有限元分析的结果,提出了钢管高强混凝土剪力墙轴心受压承载力计算式,计算结果与试验结果吻合较好。     

不锈钢箱形截面轴心受压构件整体稳定性有限元研究

为研究不锈钢箱形截面轴心受压构件的整体稳定性,采用ANSYS软件对奥氏体和双相体两种不锈钢箱形截面轴心受压构件的整体稳定性进行了数值模拟,模拟中考虑了材料的非线性本构模型、构件的初始几何缺陷、残余应力的影响。重点通过不锈钢箱形截面构件在轴压作用下的荷载-位移曲线、截面应变发展情况及极限承载力对其整体稳定性能进行阐述。通过对比有限元模拟值、试验值以及根据规范计算的承载力,认为采用ANSYS软件能对不锈钢箱形截面轴心受压构件进行准确地模拟,残余应力对箱形截面的极限承载力影响较小,《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)不适用于不锈钢整体稳定性设计。     

受压方管钢柱的屈曲后极限承载力

本文采用曲壳有限单元法计算了具有不同应力梯度的加劲板件的极限强度、薄壁方管截面的P′/P′_y-M′/M′_D相关曲线和轴心及偏心受压方管柱考虑板件屈曲后效应的极限承载力。计算中计入了所有初始缺陷。根据理论计算结果分析了现行规范计算薄壁方管柱所产生的误差及其原因,提出了计算薄壁方管截面在轴压和纯弯矩作用下的极限承载力的计算公式,并给出了计算偏压方管截面极限承载力的相关公式。最后建议了新的受压方管柱屈曲后极限承载力的设计计算方法,共结果与曲壳有限单元法所得结果非常吻合。