不锈钢工字形截面轴心受压构件整体稳定性能有限元研究

该文采用通用有限元软件ANSYS对奥氏体和双相体两种不锈钢材料的不锈钢工字形截面轴心受压构件的整体稳定性能试验进行了数值模拟。在建立有限元模型的过程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,并分别对工字形构件绕强轴失稳与绕弱轴失稳形式进行了分析。通过有限元模拟得到的极限承载力、试验测量的极限承载力以及规范计算的极限承载力进行对比可知:该文的有限元方法能够准确模拟不锈钢轴心受压构件的受力情况;同时,对于工字形构件,残余应力对绕弱轴失稳构件的稳定承载力的影响较大;此外,GB50017-2003不适用于不锈钢整体稳定性设计。     

火灾后型钢混凝土轴压柱剩余承载力试验

进行了5个火灾后型钢混凝土柱轴心压力作用下的试验,研究长细比、混凝土强度对构件破坏形态和剩余承载能力的影响。试验结果表明,火灾后型钢混凝土轴心受压柱在荷载作用下的破坏形态与常温下基本相同,试件破坏时其内部核心型钢依然完好,不会发生局部屈曲现象。混凝土强度和长细比是影响型钢混凝土轴心受压柱火灾后承载能力的两个重要因素,当长细比相差不太大的情况下,混凝土强度高的试件,其火灾后极限承载力相对较高;在混凝土强度大致相当的情况下,随着长细比的增大,火灾后试件的极限承载力降低。利用YB规程和JGJ规程方法,对所有试件常温下的极限承载力进行了计算,结果表明在该文的试验条件下得到的火灾后型钢混凝土轴心受压柱承载能力的试验值与常温下承载力计算结果的比值在62%~71%之间,经历火灾作用后型钢混凝土轴心受压柱承载能力显著降低,火灾后的剩余承载力水平平均为常温下承载力水平的67%。     

T形截面双向偏心受压柱的稳定性研究

本文通过对Ｔ形截面偏心受压构件的计算机分析，研究了长细比，偏心距对构件极限承载力及破坏形态的影响，探讨了荷载角与Ｔ形截面偏压柱受力及破坏形态的关系，同时针对理论分析时砼受压应力－应变曲线中极限压变值对Ｔ形截面偏压构件受力性能的影响进行了探索，本文研究结果对异形截面柱框架结构的设计具有一定的参考价值。     

高强中空夹层钢管混凝土柱的耐火性能试验研究

针对应用高强钢与超高强混凝土的中空夹层钢管混凝土柱,开展了轴心受压柱的标准耐火试验,得到了不同截面形状、边界条件、涂料厚度、荷载比条件下该柱的耐火极限,提出了表征柱耐火性能的延性指标,探讨了高强柱与普通柱耐火性能的差异。试验结果表明：高强中空夹层钢管混凝土柱的受火时间-位移响应与普通柱相似,受火前期膨胀而后期压缩变形进一步增大达到耐火极限。参数分析表明：相同条件下,应用高强钢的中空夹层柱其耐火极限低于应用普通钢的中空夹层柱,而应用超高强混凝土的中空夹层柱其耐火极限则高于应用普通或高强混凝土的中空夹层柱。此外,该文分别基于欧洲规范4中轴心受压柱和压弯构件的常温承载力计算模型,运用材料高温力学参数,计算了该柱高温屈曲承载力与耐火极限,计算结果与试验结果吻合较好。     

带约束拉杆方形薄壁钢管/竹胶合板组合空芯柱轴心抗压性能

为解决方形薄壁钢管/竹胶合板组合空芯柱（SBCC）在压缩载荷下易开胶失效的问题,提出了一种新型的带横向约束拉杆的方形薄壁钢管/竹胶合板组合空芯柱（SBCCB）。首先,对9根SBCCB进行了轴心抗压试验,考察了SBCCB受压破坏形态,分析了SBCCB的截面尺寸、长细比和截面组合方式对其开胶载荷和极限承载载荷的影响,并将SBCCB的极限压应力与已有的SBCC数据进行了比较;然后,通过非线性回归分析,建立了SBCCB轴心抗压承载力计算公式。结果表明:SBCCB的轴心抗压失效破坏主要为柱端及柱身横向约束拉杆之间的竹胶合板开胶失效和竹胶合板材料破坏失效,其极限承载力不仅与截面尺寸和长细比相关,而且受截面组合方式影响。设置横向约束拉杆可有效减缓开胶失效,改变极限破坏模式,显著提高极限承载力;与SBCC的极限压应力相比,SBCCB的极限压应力平均提高26%。      

钢筋混凝土偏心受压构件增大截面加固后可靠度分析

偏心受压构件增大截面加固后的可靠度与初始偏心距、荷载比和纵筋配筋率有密切的关系。该文首先推导了大、小偏心受压构件在对称配筋下增大截面加固后的计算公式和Nu-Mu相关曲线方程,并在此基础上建立其极限状态方程。采用蒙特卡罗法,分析了四组不同截面的构件在不同初始偏心距、不同荷载比和不同纵筋配筋率下,偏心受压构件增大截面加固后的可靠度。结果表明:截面尺寸大小对可靠指标的影响不是很显著,可靠指标随着初始偏心距和荷载比的增大而减小,随着纵筋配筋率的增大而增大。     

不锈钢焊接箱形截面压弯构件弯曲屈曲试验研究

为了研究不锈钢焊接箱形截面压弯构件的弯曲屈曲,该文对5根奥氏体型和5根双相型不锈钢焊接箱形截面柱进行了偏心受压试验,试件长细比在55~85,荷载偏心距分别设计为50 mm、60 mm、70 mm,并且在试验前对试件的初始弯曲和荷载初偏心进行了测量。根据试验结果对构件静力承载性能进行了分析,并将试验结果分别与CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》和欧洲规范EN 1993-1-4中不锈钢压弯构件承载力的计算值进行了对比。结果表明:所有构件均发生平面内的整体弯曲失稳,且整体失稳前没有发现明显的局部板件屈曲;构件承载力随着偏心距、长细比的增大而降低;对于双相型不锈钢压弯构件,依据CECS 410:2015和EN 1993-1-4的计算值较试验结果均偏于安全;对于奥氏体型不锈钢压弯构件,依据EN 1993-1-4的计算值较试验结果均偏于安全,依据CECS 410:2015的个别试件计算结果略低于试验结果,但整体偏于安全。     

内配型钢方钢管混凝土偏压构件受火全过程数值模拟

内配型钢钢管混凝土构件由于其较高的承载力、较好的延性及耗能能力在工程实践中具有良好的发展前景,该文运用ABAQUS有限元软件,在合理选取钢材、混凝土本构热力模型的基础上,采用顺序热-力耦合的方法建立了内配型钢的方钢管混凝土偏心受压柱火灾全过程的数值模型,计算了其火灾全过程作用下的轴向荷载-位移曲线,分析了截面应变、应力的变化情况及火灾全过程作用下各组件的荷载分配情况,最后对影响极限承载力的主要因素进行了参数分析,发现火灾荷载比、升温时间比、长细比、荷载偏心率及钢管含钢率等因素对构件承载力的影响较为显著。     

钢筋砼十字形柱的耐火极限研究

利用数值模拟程序RCSSCF分析了荷载比、柱计算长度、截面尺寸、荷载偏心率、配筋率和荷载角等参数对ISO834标准升温作用下钢筋砼等肢十字形柱耐火极限的影响规律。针对不同荷载比、柱计算长度、截面尺寸、荷载偏心率和配筋率共1080种工况进行了四周受火时钢筋砼等肢十字形柱的高温反应分析。在此基础上,定量给出了该类构件耐火极限的实用计算方法。研究表明:荷载角对十字形柱耐火极限影响较小;严格控制荷载比是提高十字形柱耐火极限的有效措施。     

外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱耐火性能研究

为研究外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱的耐火性能，采用ABAQUS对该类组合构件的耐火极限进行了有限元分析。对比分析了外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱与普通外包碳素钢中空夹层钢管混凝土柱受火机理的不同。研究了截面直径、空心率、荷载比和材料强度对构件耐火极限的影响。研究结果表明:外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱比外包碳素钢中空夹层钢管混凝土柱具有更好的耐火性能；该类构件的耐火极限受截面直径和荷载比的影响较大，空心率和材料强度对构件的耐火极限也有一定影响。在参数分析基础上给出了外包不锈钢中空夹层钢管混凝土柱的抗火设计建议。     

S30408奥氏体不锈钢高温力学性能试验研究

不锈钢材料高温力学性能是不锈钢结构抗火设计与数值模拟分析的重要参数。相对于碳素钢,不锈钢材料具有强非线性、比例极限低、无明显屈服平台、各向异性、应变硬化显著等特点,高温下两种材料的力学性能存在着较大的差异。该文利用MTS810试验系统对S30408奥氏体不锈钢进行了常温、高温稳态和高温瞬态试验研究,并将试验结果与《欧洲规范》以及已有的研究结果进行了对比分析。利用稳态试验结果,对影响高温下不锈钢材料力学性能的硬化指数n_θ和m_θ进行了修正,提出高温下不锈钢材料本构关系表达式,并给出了高温下不锈钢材料的初始弹性模量、屈服强度和极限强度的折减系数。对比分析了稳态试验结果与瞬态试验结果,结果表明:通过两种试验方法获得的高温下不锈钢材料应力-应变曲线存在一定的差异;在温度600℃范围内,差异不明显,当温度超过600℃时,两者差异随温度升高而逐渐增大。     

Deterioration of mechanical properties of high strength structural steel S460N under transient state fire condition

911 World Trade Centre Tragedy put fire safety of constructional steel structures into question. Since then, more and more research attention has been paid to the elevated-temperature mechanical properties of structural steels, which is a critical basis of evaluating the fire performance of steel structures. In the literature the available mechanical properties of structural steels under fire conditions were mainly obtained from steady state test method, as steady state test method is easier to perform than transient state test method and offers stress–strain curves directly. However, the transient state fire condition is considered to be more realistic to represent the real condition when constructions are exposed to fire. In order to reveal the deterioration of mechanical properties of the commonly used high strength structural steel S460N under transient state fire condition, tensile tests were conducted under various constant stress levels up to 800 MPa. The reduction factors of elastic modulus, yield and ultimate strengths of S460N under transient state fire condition were obtained and compared with current leading design standards and available literature. The application of such accurate elevated-temperature mechanical properties reduction factors of S460N can ensure a safe fire-resistance design and evaluation of steel structures with high strength steel S460N under transient state fire condition. This experimental study also supports other relative research on fire performance of steel structures with S460N under transient state fire condition.     

钢管自应力自密实高强混凝土柱偏心受压性能试验研究

为提高钢管内混凝土的密实度,减小混凝土的收缩,以保证钢管与混凝土更好地共同工作,满足实际工程需要,该文提出采用钢管自应力自密实高强混凝土柱,考虑偏心距、长径比和初始自应力等参数的影响,设计制作21根钢管自应力自密实高强混凝土柱和3根钢管自密实高强混凝土柱试件,通过偏心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-挠度曲线和荷载-应变曲线,分析各参数对偏心受压试件受力性能的影响。研究表明:偏心受压试件主要发生弯曲失稳破坏;试件极限承载力随偏心距或长径比增大而减小,当初始自应力为3 MPa~5 MPa时,钢管自应力自密实混凝土偏心受压柱的极限承载力提高9.2%~11.7%。参考国内相关规范,通过试验数据回归分析,提出钢管自应力自密实高强混凝土柱偏心受压承载力计算公式,可供工程设计参考。     

基于套管屈曲约束的拉挤型GFRP管轴压性能

为解决复合材料空间桁架结构部分关键压杆失稳引发的连续性倒塌问题,提出了一种由不锈钢套管及螺栓连接系组成的玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)管整体失稳套管屈曲约束装置。为分析该套管屈曲约束装置对拉挤型GFRP管轴压性能的影响,对3个GFRP管试件和4个套管屈曲约束GFRP管试件进行了轴压试验,观察了试件的受力过程和破坏形态,获得了荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,对比研究了两者的极限承载力和破坏模式,同时利用有限元模型分析了不同内核长细比、内核与套管间隙及套管壁厚对GFRP管轴压性能的影响。结果表明:该套管屈曲约束装置能有效约束GFRP管整体失稳变形,其极限承载力和延性均得到提升,并使GFRP管从失稳破坏向材料强度破坏发展;内核长细比越大,套管屈曲约束GFRP管极限承载力相比于内核失稳临界荷载的相对提升幅值越高,约束效果越好;内核与套管间隙越大,GFRP管延性越好,但其极限承载力会降低;套管壁厚过薄会降低GFRP管极限承载力,过厚则约束效果不明显。      

受火后方钢管钢筋混凝土短柱剩余承载力研究

为研究方钢管钢筋混凝土轴压短柱火灾后的剩余承载力,设计并制作18根在核心混凝土中配置纵向受力钢筋的方钢管钢筋混凝土短柱进行明火试验和承载力试验,观察试件经历火灾后的破坏形态,获取柱的极限承载力等指标。在ISO 834标准升降温曲线作用下,基于ABAQUS有限元软件建立方钢管钢筋混凝土轴压短柱温度场和火灾后力学场分析模型,分析结果得到试验结果的验证,在此基础上,利用该模型对影响方钢管钢筋混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力的参数进行了分析。试验结果表明:受火后的方钢管钢筋混凝土短柱承载力有一定程度折减,但仍具有较高的承载能力;配置纵向钢筋对核心混凝土起到更好地约束作用,配筋率的增大对于受火后试件极限承载力的提高作用明显;影响方钢管钢筋混凝土轴压短柱火灾后剩余承载力的主要因素是升温时间和构件截面尺寸;在常用参数范围内,回归方钢管钢筋混凝土短柱火灾后剩余承载力实用计算式。     

外包钢加固火灾后钢筋混凝土柱的试验研究

通过3根外包角钢加固的ISO834标准火灾作用后钢筋混凝土柱的受力性能试验以及3根未加固的ISO834标准火灾作用后钢筋混凝土柱和3 根常温下钢筋混凝土柱的对比试验,研究了火灾后钢筋混凝土柱的性能以及外包钢加固火灾后钢筋混凝土柱的有效性。试验结果表明:火灾后试件的刚度退化显著,在该文的试验参数和升温条件下,从开始加载到80%极限荷载的不同加载阶段,轴压柱的轴向刚度只有常温下轴向刚度的0.22~0.37,偏压柱的弯曲刚度只有常温下弯曲刚度的0.13~0.18;外包角钢加固对火灾后试件的刚度修复有一定的效果,不同荷载水平下,加固后轴压试件的轴向刚度与常温下试件刚度的比值在0.41~0.89 之间,偏压试件的弯曲刚度与常温下试件刚度的比值在0.33~0.91 之间。火灾后试件承载能力退化严重,在该文的试验参数和升温条件下,火灾后试件的承载力水平只有常温下的0.25~0.37;利用外包角钢对火灾后的试件进行加固,能将试件的承载力提高至试件未受火时大致相当的水平,加固后试件的承载力与未受火试件承载力的比值在0.97~1.06 之间,外包钢加固对火灾后试件承载能力的修复效果十分显著。     

钢骨混凝土异形柱-钢梁节点抗震性能试验研究

为了研究钢骨混凝土异形柱-钢梁节点的抗震性能,进行了4个T形钢骨混凝土柱-钢梁节点和4个L形钢骨混凝土柱-钢梁节点的拟静力试验。试验考虑了混凝土强度等级、核心区配箍率和轴压比等参数的影响,对骨架曲线、承载力、核心区剪切变形、延性和耗能能力等抗震性能指标进行了分析。结果表明,在低周往复荷载作用下,钢骨混凝土异形柱-钢梁框架节点滞回曲线饱满,表现出良好的延性性能和耗能能力,典型破坏形态为节点核心区剪切斜压破坏和节点区焊缝失效破坏;高轴压力下节点具有较高的承载能力但延性性能降低;混凝土强度越高,节点承载能力越大,但延性性能越差;增大核心区配箍率对试件的延性和承载力有明显的提高,并能改善试件屈服后的耗能能力。     

Load bearing capacities of cold formed steel sections subjected to axial load

The paper describes a test program on cold-formed axially compressed steel members. Research has been conducted in order to explain how cold working technology causes considerable enhancement of the material properties in finished element, comparing to the base material. In analysis, we have used results obtained with experimental and numerical methods. “PAK” software, designed for nonlinear finite element analysis of structures, derived results for ultimate bearing capacity with corresponding force–deflection graphs and buckling curves. These results are compared with those obtained in experiments on built-up members. Experiments were conducted on five series each with six specimens with global slenderness values of 50, 70, 90, 110 and 120. Compressed members were analyzed on Amsler Spherical pin support with unique electronically equipment and software. As well as force–deflection curves stress values for several cross sections along the height of the members were also determined. Both groups of results (numerical and experimental) were compared with European buckling curves. These give the value for the reduction factor of the resistance of the column as a function of the reference slenderness for different kinds of cross-sections (referred to different values of the imperfection factor).