方钢管混凝土柱-H钢梁上环下贯栓焊混合节点抗震性能数值模拟北大核心CSCD

为了解决钢结构中钢梁下翼缘焊缝根部易发生脆性断裂的问题,提出一种兼有外环板和贯通隔板的新型栓焊混合装配方钢管混凝土柱-H钢梁连接节点。采用有限元ABAQUS对其进行数值模拟,研究该节点的传力机理、屈服机制、破坏模态和耗能性能。通过有限元参数分析,深入研究轴压比、宽厚比以及外环板厚度对节点抗震性能的影响。结果表明:节点呈现典型弯曲破坏模式,塑性铰发生在梁上翼缘与外环板连接处,节点屈服始于翼缘塑性铰区,经由翼缘扩展至腹板,继而钢管混凝土柱屈曲,最终上翼缘焊缝断裂破坏,且节点表现出良好的转动性能;增大钢管宽厚比和外环板厚度均可提高节点承载力,建议钢管宽厚比取值为35~45,钢梁翼缘与外环板厚度及钢材强度一致。     

高强Q690钢柱高温下轴心受压局部稳定设计方法（英文）

局部屈曲是钢结构构件的一种破坏模式,钢结构发生局部屈曲破坏时,屈曲应力小于钢材的屈服强度。为了研究高温下高强Q690钢柱的局部稳定性能,采用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,模型采用其他学者完成的Q460钢柱轴心受压局部屈曲试验进行验证,考虑宽厚比、温度、初始缺陷、残余应力和翼缘与腹板之间相互作用的影响,对高强Q690钢柱进行参数分析。研究结果表明:宽厚比对局部屈曲有显著影响,宽厚比的增大导致试件极限承载力的降低;初始缺陷和残余应力对局部屈曲应力有较大影响,且试件的极限承载力随着温度的升高而明显下降。基于有限元分析结果提出了适用于高强Q690钢柱高温下的局部稳定设计方法和宽厚比限值,并与GB50017-2017、Eurocode 3和ANSI/AISC 360-10中的设计方法进行了比较。     

高强度钢焊接H形截面构件残余应力分布试验研究

采用分割法对国产Q460C、Q690D和Q960D 3种高强度钢沿焊接H形截面纵向分布的残余应力进行了测量,以研究钢材强度、板件宽厚比、板件厚度、焊缝类型和焊接工艺等因素对残余应力分布的影响。板件厚度选用10 mm和20 mm,板件边缘采用火焰切割,焊缝类型为对接与角接组合焊缝(K型熔透焊缝)和角焊缝,焊接方式为CO_2气体保护焊和埋弧焊。试验结果表明:在所介绍的焊接工艺下,板件的残余应力值与钢材名义屈服强度无直接关系;翼缘焊缝区域的最大残余拉应力值与板件宽厚比无关;翼缘和腹板的残余压应力值分别随着板件宽厚比和板厚的增大而减小;翼缘和腹板的残余压应力值随着与焊缝区域距离的增大而呈现先增大后减小的趋势,部分转变为残余拉应力;焊缝类型和焊接工艺通过影响热源输入点的位置和深度而影响残余应力值。     

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。     

波折腹板工形构件翼缘稳定性能研究

提出了研究波折腹板工形构件翼缘稳定性能的合理简化模型,探讨了翼缘弹性屈曲应力与翼缘名义宽厚比、腹板波形的关系;基于翼缘屈曲时可能出现的2种屈曲模态,分别解释了其发生机理并给出了相应的临界荷载计算公式;提出了2种屈曲模态的判断依据,通过一系列弹塑性分析考察了不同屈曲模态下构件承载力随宽厚比的变化特点.结果表明,屈曲模态Ⅰ对构件的翼缘稳定十分不利,应尽量避免.基于屈曲模态Ⅱ的屈曲应力,提出可用于工程设计的合理宽厚比限值.     

轴压下460 MPa级高强度钢材焊接截面短柱的局部屈曲

由于钢屈服强度的提高,与普通强度钢(NSS)制成的型钢相比,高强度钢焊接而成的型钢更薄、更轻。这导致了钢板构件的宽厚比更大,且局部屈曲对受压构件的影响也更大。对由4个箱形截面构件和9个工型截面构件组成的钢短柱(钢材为Q460)进行轴压试验,建立对初始缺陷进行精确模拟的有限元模型。建模结果通过了试验和理论分析的验证。将试验和数值结果与通过不同规范中的设计方法得出的极限应力相比较,结果显示,对于箱形截面钢板构件,这些设计方法高估了其局部屈曲的极限应力,导致结果不够安全。而设计方法又低估了工字型截面部件翼缘的极限应力,特别是那些宽厚比相对大的工字型截面部件。     

部分包覆钢-混凝土组合构件中主钢件翼缘的局部稳定性能研究

部分包覆钢-混凝土组合构件因两种组成材料的相互约束,能大幅增强H型钢翼缘的局部稳定性,因而设计时可以采用较大宽厚比的板件.增大冀缘宽厚比能提高钢材利用效率,但也存在降低构件承载能力和塑性变形能力的风险.对这类构件中钢翼缘板受压条件下的局部稳定性能进行了研究,推导了弹性与弹塑性失稳条件下的临界应力与冀缘宽厚比;根据试验研究结果,分析了翼缘宽厚比和连杆间距对构件延性的影响;讨论了现行规范有关规定的合理性.结果表明:混凝土单侧约束能大幅提高钢板的局部稳定临界应力,并可由此推导出PEC构件中主钢件翼缘板的宽厚比限值;当设置连杆约束时,在一定范围内采用较密的连杆间距,可以满足较大宽厚比截面的塑性承载的要求.     

不锈钢焊接H形截面柱滞回性能试验研究

为了研究不锈钢焊接H形截面柱的滞回性能,对10个不锈钢焊接H形截面柱进行了循环加载试验,分析了轴压比、翼缘宽厚比和腹板宽厚比对试件的破坏形态、承载力、耗能能力、塑性发展能力和延性的影响。结果表明:所有不锈钢焊接H形截面柱试件的破坏过程均为翼缘首先发生局部屈曲变形,然后腹板发生局部屈曲变形,屈曲变形形状均呈半正弦波状;板件宽厚比越大,试件达到破坏时的位移级和等效黏滞阻尼系数越小,位移延性系数和塑性发展系数越小,承载力退化越快;轴压比对试件的抗震性能影响显著,其影响规律与板件宽厚比的相似。对于不锈钢结构的抗震设计,建议在规定H形截面柱宽厚比限值时考虑轴压的影响。     

部分外包组合柱强轴偏压承载力计算方法研究

针对强轴偏压的部分外包组合柱(PEC柱)的极限承载力计算,分别采用JGJ138-2016《组合结构设计规范》用于矩形钢管混凝土柱的算法、欧规Eurocode 4的算法和考虑钢截面弹塑性分区的精确算法,比较三种算法所采用的基本理论和计算假定,将三种算法应用于PEC柱的具体算例,对得到的截面层次的轴力-弯矩(N-M)相关曲线进行比较分析,结果显示三种算法得到的相关曲线差别不大,但当偏心距较小时,Eurocode 4的算法得到的极限承载力略小于其他两种算法。采取Eurocode 4的算法对PEC柱的截面承载力进行参数分析,结果表明随着偏心距的减小,混凝土强度的影响变得显著,混凝土强度对轴压承载力影响较大,基本不影响纯弯承载力;截面承载力随着钢板强度的提高而增大,且在各种情况下,增大幅度基本接近;保持翼缘宽度不变,随着翼缘宽厚比的增大,截面承载力逐渐降低,在偏心距较大时更为显著。     

焊接H形截面纯弯钢构件弹塑性局部相关屈曲分析

采用ANSYS软件建立焊接H形截面纯弯钢构件有限元分析模型,模拟截面残余应力、板件初始缺陷和几何非线性,分析强翼缘弱腹板和弱翼缘强腹板两组构件的弹塑性局部相关屈曲性能,分别讨论腹板高厚比、翼缘宽厚比和相对宽厚比(腹板高厚比与翼缘宽厚比之比)对构件局部稳定系数的影响。研究结果表明,局部稳定系数随腹板高厚比或翼缘宽厚比增大而显著降低,与相对宽厚比基本成线性关系;两组局部稳定系数拟合公式相对误差为-1.19%~1.15%,精度较高;可以根据整体稳定性和局部相关稳定性近似相等的原则,确定腹板高厚比和翼缘宽厚比限值相关曲线;平面外整体长细比较小时,钢结构设计规范的腹板高厚比和翼缘宽厚比限值部分超越宽厚比限值相关曲线。     

变截面H型钢柱相关屈曲性能研究

采用板壳单元离散变截面H型钢柱,并同时考虑构件整体与局部初始缺陷、残余应力、材料屈服、几何非线性等因素的影响。根据数值分析的结果,重点研究了腹板宽厚比、腹板楔率、翼缘宽厚比、长细比等参数对板件局部屈曲与构件整体稳定的影响,总结了压力作用下变截面H型钢柱局部屈曲、整体屈曲和相关屈曲的发展过程以及影响因素。     

焊接H型钢局部纵弯失稳下抗弯强度计算

对由厚度为6.0mm、名义屈服强度为315.0MPa的钢板制成的H型钢进行了一系列弯曲试验,研究焊接H型钢的抗弯强度。截面几何形状和侧向边界条件决定了薄壁受弯构件的屈曲形式(局部屈曲、侧向扭转屈曲或交互屈曲)。翼缘或腹板宽厚比较大的受弯构件最先出现局部屈曲,继而发生侧向扭转屈曲,在交互屈曲作用下材料最终破坏。侧向扭转屈曲下局部屈曲对抗弯强度有负面影响。计算薄壁抗弯构件名义屈服应力时应将该现象考虑在内。对翼缘和腹板宽厚比不同的焊接H型钢梁进行了试验。进行有限元分析时将局部和侧向扭转屈曲模态的初始缺陷及残余应力考虑在内。基于考虑焊接型材局部和侧向扭转屈曲相互作用的试验和有限元分析结果,给出直接强度法(DSM)计算抗弯强度的简化公式。计算强度曲线与AISC规范(2005),EC3(2003)及试验结果进行比较,验证了DSM方法所计算的强度曲线的准确性。通过试验得出薄壁焊接H型钢的抗弯强度和结构性能的有关结论。     

双轴加载下细长截面的工字型柱屈曲后强度研究

细长截面柱在发生局部屈曲后还有一定的承载能力。这种屈曲后强度主要取决于截面的宽厚比以及截面的应力状态。本文通过试验研究了这些因素对屈曲后强度的影响程度，给出了两组试件局部屈曲强度和极限强度。每组试件都采用不同宽厚比的腹板和翼缘的工字型截面柱。在第一组试件中，荷载通过截面的重心轴向加载，另一组试件双向偏心加载。另外，     

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。     

焊接H型PEC组合短柱轴心受压试验研究

为了研究这种新型组合柱的受力性能,对9个焊接普通H型钢部分包裹混凝土组合短柱进行了轴压试验,试验主要考虑含钢率、翼缘宽厚比、横向系杆间距等对柱子的极限承载力的影响。通过分析得出,在不同含钢率下,影响PEC短柱承载力的因素。同时含钢率大小直接影响柱极限承载能力。     

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。     

不同加强措施下轴压部分包覆钢-混凝土组合柱抗火性能研究

由于型钢翼缘外露,部分包覆钢-混凝土组合(PEC)柱耐火极限很难满足设计需求。为探究PEC柱抗火性能加强方法,得到经济合理的加强措施,通过ABAQUS有限元分析软件建立了轴压作用下PEC柱的温度场及热力学性能有限元分析模型,并用已有试验数据验证模型可靠性,探讨了PEC柱在高温下的温度变化、受力机理和破坏模式。对不同加强措施下轴压PEC柱抗火性能进行了参数分析,研究了荷载比、纵筋配筋率、翼缘面积比、截面尺寸、长细比和防火涂料厚度等参数对PEC柱耐火极限的影响规律。结果表明:PEC柱耐火极限随荷载比、长细比、翼缘面积比的降低而明显提高,随着防火涂料厚度与截面尺寸的增加而明显提高; 在参数分析的基础上,回归得到考虑防火涂料厚度影响的PEC柱耐火极限简化计算公式,研究结果将为PEC构件抗火设计提供科学依据。     

高强度钢材轴心受压构件的受力性能

介绍了高强度钢材在实际工程中的应用状况,基于高强度钢材焊接截面钢柱轴心受压试验结果,给出了高强度钢材焊接箱形和焊接I形截面的残余应力分布,并结合多个国家的钢结构设计规范对试验结果进行了分析计算、讨论和比较,对高强度钢材焊接截面轴心受压构件整体稳定和局部稳定受力性能进行了研究。研究结果表明,焊接箱形和焊接I形(绕弱轴,翼缘为焰切边)两种截面(板厚<40mm)的高强度钢材(屈服强度690MPa)轴心受压构件的整体稳定系数高于普通钢材钢构件,可以划分为b类截面;而翼缘的局部稳定性能没有明显提高,翼缘宽厚比限值仍可采用我国现行钢结构规范的规定值。     

焊接残余应力对钢框架节点承载力影响研究

为了研究焊接残余应力对钢框架承载力的影响,本文采用有限元分析模型,通过改变翼缘厚度和翼缘宽度提取不同分析模型的残余应力值,分析其变化规律,利用残余应力的平均值来分析残余应力对应力强度因子和对梁节点下翼缘拉应力的影响,通过比较得出结论:考虑残余应力后,I型裂纹尖端应力强度因子K_I增大,而且随着翼缘厚度和宽度的增加,残余应力对K_I的影响逐渐增大,但即使考虑残余应力,K_I也远小于平面应变断裂韧度K_(IC);考虑残余应力后梁翼缘拉应力都比不考虑残余应力时大,但随着翼缘厚度的增大,梁翼缘拉应力减小的幅度逐渐增大,而翼缘宽度增大后,梁翼缘拉应力反而有所增加,由此可见提高焊缝抗拉强度,增大梁翼缘厚度比加宽梁翼缘更有效。     

循环弯曲荷载下细长型H型钢组成的钢梁-柱连接的试验研究

对6个受轴压和强轴方向循环弯矩的大宽厚比H型钢梁-柱连接进行试验研究。使用可靠的结构测试体系并选择不同横截面类型、腹板和翼缘宽厚比的试样。测试结果显示局部屈曲为试样的主要失效模式。由于这些样本的腹板和翼缘宽厚比较大,H型钢试样展现了其在一定塑性变形能力外的有限抗力以及耗能能力,因此推荐在震区使用这样的部件。翼缘宽厚比和轴压比也对滞回性能有很大的影响。此外,提出一个改进的极限强度的塑性阶段有效宽度法。