焊接箱形截面短柱稳定承载力及设计方法

现行GB 50017-2003《钢结构设计规范》对焊接箱形截面构件在考虑壁板局部失稳后的稳定极限承载力计算未建立成熟的设计理论.采用板壳单元,精确地模拟了箱形截面短柱的壁板局部失稳及其相互作用,在大挠度、弹塑性范围内对箱形截面的稳定极限承载性能进行研究.在大量数值分析的基础上,分别归纳总结箱形截面短柱在承受轴向压力、纯...     

箱形截面构件局部与整体相关稳定承载力的直接强度设计法

直接强度法(direct strength method)是薄壁截面稳定承载力设计的一种非常简便且比较精确的设计方法,有逐步取代薄壁截面有效宽度法的趋势。应用大挠度弹塑性板壳单元对箱形柱的局部与整体相关稳定承载性能进行详细的分析,通过变化截面板件宽厚比(D/t)、截面的边长比(B/D)、构件的长细比(λ),并考虑构件实际的残余应力与几何初始缺陷,分别获得了箱形截面构件在承受轴向压力、纯弯曲以及弯矩与轴力共同作用下的稳定承载力计算公式。这些实用的计算公式摒弃了应用有效宽度法带来的误差及繁琐计算,采用直接强度法设计,其计算公式精度高,应用方便灵活,对进一步修订钢结构设计规范及工程设计有参考价值。     

竹皮轴压箱形构件整体稳定性能试验研究

基于114个竹皮箱形截面柱进行了轴心受压试验,研究了0.35 mm与0.5 mm两种厚度规格竹皮制作的等边箱形截面柱在不同宽厚比下的整体稳定性能。基于试验结果,分析了竹皮箱形截面柱的失稳破坏形态和整体稳定系数。试验结果表明,箱形截面构件在受荷时同时存在局部失稳与整体弯曲失稳,其中,长细比小于临界长细比的构件在受压时以局部失稳为主,长细比大于临界长细比的构件以整体失稳为主。通过对试验数据分析拟合,计算了两种规格竹皮各3种宽厚比箱形截面构件的临界长细比值,提出了竹皮轴压箱形构件柱子曲线与承载力设计方法,为学生在结构设计竞赛中进行构件截面设计提供科学的理论依据和计算公式。     

焊接薄壁箱形构件设计方法研究

焊接薄壁箱形构件板件的宽厚比较大,受压板件出现局部屈曲,可以采用有效宽度的概念确定构件的正截面承载力。本文在参照国内外钢结构设计规范的基础上,根据板件的应力状态,提出焊接薄壁箱形构件有效截面的计算方法,同时考虑受压较小板件应力值较低对有效宽度的有利影响和有效截面形心与箱形构件形心之间的偏移量,给出构件在拉、压、双弯、双剪、扭作用下的构件承载力计算公式,供结构设计人员参考。     

Q460高强钢焊接箱形压弯构件极限承载力试验研究

为研究Q460高强钢中厚板焊接箱形压弯构件的整体失稳极限承载力,采用11mm厚国产Q460高强钢中厚板制作7个焊接箱形压弯试件,试件截面宽厚比分别为18、12、8,长细比分别为35、55、80。试验内容包括:Q460低合金高强钢的材性试验,三种焊接截面残余应力测试,各试件初始几何缺陷测量及极限承载力试验,从而进行了面内整体失稳压弯构件的极限承载力试验研究;并且把试验结果与我国现行钢结构设计规范计算值相比较。试验研究结果表明:Q460低合金高强钢材性具有高强度,塑性性能良好等特点;Q460高强钢焊接箱形截面残余应力分布形式与普通钢材箱形焊接截面分布基本相同,但是残余应力比降低;压弯构件极限承载力试验结果明显高于现行钢结构规范设计公式计算值,所以应对Q460高强钢焊接箱形压弯构件进行近一步参数分析研究,并得出其实用设计方法。     

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。     

冷弯薄壁C型钢轴压短柱承载力计算方法的改进

用我国规范有效宽度法求得的冷弯薄壁型钢短柱构件极限承载力高于试验结果,倾向于不安全。所以,通过分析提出,按照《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002中的有效宽度法计算组合截面冷弯薄壁型钢受压构件承载力时,可以对计算结果乘以一个修正系数以示其原结果的不安全程度。由于有效宽度法在计算试件极限承载力时存在不安全性,因此本文引入另一种适用于冷弯薄壁型钢构件的计算方法,即直接强度法(Direct Strength Method,DSM)。将直接强度法和有效宽度法计算求得的短柱极限承载力与试验结果进行对比,结果表明,直接强度法的计算结果与试验值更为吻合,为使其结果更加经济、安全,本文提出适用于计算组合截面冷弯薄壁型钢受压构件承载力的直接强度法建议公式。     

双肢开孔冷弯薄壁型钢拼合箱形截面立柱轴压性能有限元与理论分析

为了研究双肢开孔冷弯薄壁型钢拼合箱形截面立柱的轴向受力性能,采用有限元方法对拼合箱形截面立柱长细比、腹板宽度、试件厚度、开洞情况及孔洞间距等参数进行了非线性分析,并将有限元结果与《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018—2002)"有效宽度法"计算未开孔试件承载力进行对比。综合考虑腹板孔洞影响,对构件轴压承载力进行折减,提出了适合双肢开孔冷弯薄壁型钢拼合箱形截面开孔试件轴压承载力计算的建议修正公式。分析结果表明:试件轴压承载力会随长细比增大及腹板孔洞的出现而减小;腹板位置处开孔洞会对试件极限承载力和破坏位置产生较大影响;开洞间距的大小不能明显改变多孔试件的极限承载力,也不会改变多孔试件的屈曲失效模式。     

卷边翼缘工形构件在压弯荷载作用下的稳定承载力设计理论

卷边工形截面构件作为一种高效型材,在弯矩与轴力共同作用下的破坏模型常常是伴随板件局部屈曲的整体失稳。利用板壳有限单元法,研究卷边工形截面构件在板件局部屈曲下的构件整体稳定承载力,建立其稳定承载力设计公式。首先,通过设计大量算例,研究了截面宽高比、腹板高厚比、翼缘宽厚比等截面参数对短柱承载性能的影响,其中考虑了板组之间屈曲的相关作用,获得了考虑板组局部屈曲特性的短柱稳定承载力相关公式。在短柱板件局部失稳承载力研究的基础上,计入构件长细比对长柱面内和面外稳定承载性能的影响,通过数值分析建立了卷边工形构件在压弯荷载作用下的稳定承载力设计公式。     

高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件的稳定承载力

采用ANSYS软件建立有限元模型分析了Q460钢焊接薄壁箱形截面双向弯曲压弯构件的极限承载力。分析中考虑几何缺陷和材料缺陷,以及几何非线性和材料非线性的影响。同时,研究了构件长细比和板件宽厚比对极限承载力的影响;探明构件达到极限承载力时真实的应力分布状态;提出了采用毛截面计算其承载力的简单计算公式;收集可获得的试验结果以验证提出的计算公式。研究表明,建立的有限元模型能够很好地模拟焊接箱形截面双向偏心压弯构件的局部-整体相关屈曲性能;在大部分情况下,无量纲极限承载力与构件长细比和板件宽厚比近似为线性关系;构件达到极限承载力时还处于弹性阶段;轴力和双向弯矩之间的相关曲线也近似为线性;引入屈服强度修正系数后,基于线性相关关系的计算公式能够很好地预测Q460钢薄壁双向压弯构件的极限承载力;该公式还可推广到普通钢构件和更高强度的钢构件。     

冷弯薄壁型钢双肢拼合构件轴压承载力研究

目前我国相关规范对冷弯薄壁型钢组合截面构件的承载力设计方法比较粗略。基于已有的卷边槽形截面构件和由其组成的组合箱形截面构件的轴心受压承载力试验研究结果,通过有限元模拟和理论分析研究了此类构件拼合前后的受力性能的差异。分析了安装误差和连接件间距对拼合构件承载力的影响。提出了针对组合箱形和工字形截面构件的轴心受压承载力设计方法。研究表明,组合箱形截面构件的整体屈曲和畸变屈曲承载力较单肢截面构件有一定提高,而组合工字形截面构件仅整体屈曲承载力有一定提高。设计承载力与试验结果的比较表明,所提出的建议设计方法基本合理,可为相关规范的编制提供参考。     

基于ANSYS分析CFST拱肋极限承载状态的计算模型对比研究

结合已有的CFST(concrete-filled steel tuber)本构模型,基于ANSYS分析,对已做试验的两个CFST(单圆管)单肋拱空间极限承载力进行了双重非线性有限元分析探讨。对比研究了六种建模方法下模型拱的极限承载状态,较好地得出了模型拱的极限承载力和极限承载位移。评价了各种建模方法的适应性,提出了ANSYS分析下精确模拟CFST拱极限承载力的基本原理、基本方法和建模方法选取的建议。计算结果与试验结果符合较好,验证了计算模型的合理性。研究成果可供计算CFST拱时参考。     

螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱滞回性能试验研究

为了研究螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回性能,以轴压比、配箍率、配钢形式以及截面形式为变化参数,设计10个试件（其中空腹式型钢混凝土柱对比试件1个,复合螺旋箍筋混凝土柱对比试件1个）进行低周反复加载试验。观察试件的破坏形态,获取各试件的滞回曲线和骨架曲线。分析试件的极限承载力、层间位移角、延性、耗能、强度衰减和刚度退化等抗震性能指标,以及各变化参数对其抗震性能的影响。结果表明：螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱主要表现为弯曲破坏和黏结破坏;相比空腹式型钢混凝土柱和复合螺旋箍筋混凝土柱,螺旋筋约束增强空腹式型钢混凝土柱的滞回曲线更为饱满,承载力、延性和耗能均有提高;随着轴压比的增大,其承载力、刚度和耗能能力提高,但延性和变形能力降低,强度衰减和刚度退化现象更为严重;随着螺旋箍筋配箍率的增大,承载力、刚度、延性、耗能能力和变形能力逐渐提高;相同总含钢量下,增大螺旋筋配箍率比增大型钢间接配钢率对其延性和耗能能力的提高更显著,对其承载力则相反;三种截面形式中,Ⅲ类截面试件表现出最优的抗震性能。     

变截面箱形轴压柱稳定性能研究

为了全面掌握变截面箱形轴压柱的稳定性能以及各种参数对其稳定性能的影响,采用有限元软件AN- SYS对箱形变截面柱进行弹性整体屈曲分析.考虑其楔率和截面长宽比对其特征值屈曲性能的影响;在此基础上对其进行考虑双重非线性和残余应力的全过程极限承载力分析.并结合现行的钢结构规范提出箱形变截面柱的稳定承载力验算公式。     

高强冷弯薄壁型钢抱合箱形截面受压构件承载力试验研究

由两个槽形截面构成的抱合箱形截面在超薄壁冷弯型钢结构中应用广泛,但关于其承载力的计算只是将单个构件的承载力简单地数学叠加,并没有相应公式来考虑单个槽形截面构件之间的相互加强。对40根高强冷弯薄壁型钢抱合箱形截面受压构件进行试验研究,考察其受力特性及破坏特征,包括轴压构件21个,绕弱轴偏心和绕强轴偏心构件共19个。试验研究结果表明:抱合箱形截面构件由于两个槽形截面试件的相互约束作用,实测承载力比按单根构件计算承载力叠加结果提高10%～20%左右。最后,在试验和理论分析的基础上,针对高强冷弯薄壁型钢抱合箱形截面受压构件极限承载力提出了一种建议计算方法,依照建议计算方法所得结果与试验结果吻合较好,且偏于安全,可供实际设计参考。     

Ultimate load-carrying capacity of cold-formed thin-walled columns with built-up box and I section under axial compression

The use of cold-formed thin-walled steel structures has increased in recent years, and some built-up section members are motivated and also widely used for their excellent structural behaviors. In this paper, a series of axially-compressed tests on built-up box section members composed of two C-section by self-drilling screws at flanges are conducted. The differences of global, local and distortional buckling behaviors between members with built-up and single sections are investigated at first. Then the effects of installation error and fastener spacing on ultimate load-carrying capacity of built-up members are analyzed. A strength estimation method for built-up members under axial compression is proposed based on the experimental investigation in this paper, as well as some existing experiments, and corresponding numerical analysis studies. Finally, the predicted capacity obtained by using the proposed strength estimation method is compared with experimental results and the nominal axial strength determined according to the AISI provisions, by which the suitability and accuracy of the proposed strength estimation method have been established.     

Load-carrying capacity of high-strength steel box-sections I: Stub columns

To study the load-carrying capacity of thin-walled box-section stub columns fabricated by high strength steel 18Mn2CrMoBA, uniaxial compression experiments of specimens with different geometrical dimensions were carried out. Compared with the predicted values by the AISI Code, the tested load-carrying capacities of the stub columns are much greater, which suggests that the existing effective width method should not be applicable for high strength steel stub columns. The finite element analysis based on ANSYS code was employed to simulate the deformation curves and predict the load-carrying capacities. The numerical values were generally in good agreement with the experimental values. Parameter analysis was performed to investigate the ultimate strength of the high strength steel stub column. The values obtained indicate that the width-thickness ratio of the flange and the section side ratio should be the main factors to decide the ultimate strength of the stub column. Taking the width-thickness ratio and the section side ratio as parameters, a formula to predict the loading capacity of the high strength steel stub column was put forward and proved to be effective by the tested and numerical values.     

Structural response and ultimate strength of cellular structures with perforated webs

Elastic and ultimate strength tests on small-scale steel box girder models are described, the models being subjected to the combined action of bending and shear. The influence of web openings on the deflections and longitudinal stresses in the elastic range, and also upon the ultimate load-carrying capacity, is shown to be very significant. A secondary bending action, arising from the presence of openings, is identified and it is shown that a simplified method, based on an effective width approach, will give a safe, although slightly conservative, estimate of ultimate load capacity.     

薄壁箱形截面钢柱稳定极限承载力的有限元数值模拟

基于薄板的弹塑性大挠度有限元理论,采用有限元方法在综合考虑几何缺陷和力学缺陷的基础上,建立模拟薄壁箱形截面钢柱稳定极限承载力的有限元模型,并将数值模拟结果与已知试验结果进行比较,证实有限元方法的有效性,为进一步研究提供依据。