冷弯薄壁型钢三肢箱形拼合柱偏压受力性能有限元分析

在冷弯薄壁型钢结构体系中,冷弯薄壁型钢三肢闭合箱形拼合柱常常处于偏心受压状态,为了研究强弱轴偏心方向及偏心距对单轴对称拼合柱承载力的影响,利用ABAQUS软件对其进行有限元模拟,然后对计算结果进行分析对比,结果表明:单轴对称的三肢闭合箱形拼合柱,当构件偏心受压时,承载力随着偏心距增大而降低,且偏心距越大,构件刚度越小,且当构件绕弱轴偏心受压时,承载力及刚度下降比构件绕强轴偏心受压时快。     

Experimental investigation on distortional performance of cold-formed steel built-up channel columns with web stiffeners under eccentric compression

为研究偏心荷载作用下拼合构件的畸变屈曲性能，并评估现行中美规范计算方法适用性，对22个腹板V形加劲及开孔的冷弯薄壁拼合H形钢柱进行受压性能试验，得到了不同柱长、不同开孔位置及个数、不同偏心距以及绕强轴和弱轴弯曲方向的拼合构件的破坏模式和承载力。试验结果表明：所有腹板V形加劲及开孔的冷弯薄壁拼合H形钢柱均发生了畸变屈曲或以畸变为主的相关屈曲，畸变半波的分布受孔洞和加劲的影响；绕强轴和绕弱轴偏心方向及偏心距大小对承载力有显著影响。基于现行中美规范计算方法对腹板V形加劲及开孔的冷弯薄壁拼合H形钢柱承载力进行研究，结果表明：计算绕强轴压弯承载力时，按GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、JGJ/T 421—2018《冷弯薄壁型钢多层住宅技术标准》以及美国NAS100-16的承载力公式计算结果均偏于安全；计算绕弱轴压弯承载力时，试验结果与按GB 50018—2002和美国NAS100-16的承载力公式计算结果的比值平均值为1.16、1.15，偏于安全且较为合理，与按JGJ/T 421—2018的计算结果的比值平均值为1.66，较为保守，建议拼合构件的双肢可靠连接时，按拼合整体截面计算绕弱轴稳定承载力。     

腹板加劲冷弯薄壁拼合H形钢压弯构件畸变性能试验研究

为研究偏心荷载作用下拼合构件的畸变屈曲性能,并评估现行中美规范计算方法适用性,对22个腹板V形加劲及开孔的冷弯薄壁拼合H形钢柱进行受压性能试验,得到了不同柱长、不同开孔位置及个数、不同偏心距以及绕强轴和弱轴弯曲方向的拼合构件的破坏模式和承载力。试验结果表明：所有腹板V形加劲及开孔的冷弯薄壁拼合H形钢柱均发生了畸变屈曲或以畸变为主的相关屈曲,畸变半波的分布受孔洞和加劲的影响;绕强轴和绕弱轴偏心方向及偏心距大小对承载力有显著影响。基于现行中美规范计算方法对腹板V形加劲及开孔的冷弯薄壁拼合H形钢柱承载力进行研究,结果表明：计算绕强轴压弯承载力时,按GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、JGJ/T 421—2018《冷弯薄壁型钢多层住宅技术标准》以及美国NAS100-16的承载力公式计算结果均偏于安全;计算绕弱轴压弯承载力时,试验结果与按GB 50018—2002和美国NAS100-16的承载力公式计算结果的比值平均值为1.16、1.15,偏于安全且较为合理,与按JGJ/T 421—2018的计算结果的比值平均值为1.66,较为保守,建议拼合构件的双肢可靠连接时,按拼合整体截...     

双肢“弓”形高强冷弯薄壁型钢拼合柱受压性能研究

采用有限元软件Abaqus对双肢"弓"形高强冷弯薄壁型钢拼合柱的受压性能进行了研究,分析了试件破坏模式以及长细比、自攻螺钉间距、腹板等效高厚比、偏心方向和偏心距对试件最大承载力的影响。结果表明:轴向受压试件和绕弱轴偏心受压试件,发生绕弱轴整体弯曲屈曲破坏;绕强轴偏心受压试件为局部屈曲或弯扭屈曲破坏;试件最大承载力和刚度随长细比、偏心距和腹板有效高厚比的增加而减小;当螺钉间距在100～300mm之间变化时,试件的最大承载力变化幅度在5.88%以内。依据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018—2002),计算得到最大承载力P_G并与有限元值P_A进行对比,结果表明:规范计算结果均较保守。对于轴压试件,P_G与P_A的差距随长细比的增大而减少。对于偏压试件,在相同长细比和偏心距的情况下,绕强轴偏压试件的P_G与P_A的差距比绕弱轴偏压试件更大。     

冷弯薄壁型钢四肢拼合箱形柱偏压受力性能试验研究与数值分析

对冷弯薄壁型钢四肢拼合箱形截面立柱进行轴压和偏压试验研究,得到各试件的荷载-位移曲线和极限承 载力,详细分析了试件的屈曲模式和破坏特征。建立了考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型对试验试件进 行模拟分析,两者吻合较好,验证了有限元方法的正确性。进而采用数值方法分析了构件长细比、螺钉间距和位 置、偏心距和偏心方向对该类拼合立柱偏压受力性能的影响。结果表明：双向刀铰支座可以很好的实现铰接;螺 钉间距为300mm时,拼合柱各肢整体协同工作性能良好;轴压和绕弱轴偏压试件最终破坏模式均为绕弱轴整体弯 曲,绕强轴偏压时,试件破坏模式为弯扭失稳,但扭转不明显;拼合柱的偏压极限承载力和刚度随长细比和偏心 距的增大而降低;偏心距相同时,拼合柱绕强轴偏压的极限承载力和刚度比绕弱轴偏压略高。     

冷弯薄壁型钢拼合截面柱轴压承载力计算

为了研究冷弯薄壁型钢拼合截面柱的轴压承载力,对各国有关冷弯薄壁型钢拼合截面柱的轴压试验进行了ANSYS有限元模拟分析,有限元计算结果与试验结果吻合良好,从而验证了有限元方法的正确性。采用有限元方法分析了构件截面形式、截面尺寸以及长细比对冷弯薄壁型钢拼合截面柱拼合效应的影响,提出了冷弯薄壁型钢拼合截面柱轴压承载力的简化计算方法。分析结果表明:随着长细比的增大,拼合截面柱的拼合效应随之增大。对于主要通过螺钉将腹板进行拼合的构件,当翼缘宽厚比一定时,随着截面宽高比的增大,腹板拼合的整体性增强,从而使拼合效应增大,而截面面积的改变对拼合效应的影响则不是很明显。     

双肢冷弯薄壁型钢拼合箱形柱受压试验研究与有限元分析

通过30根由双肢C形和[形冷弯薄壁型钢拼合箱形柱的轴压和偏压试验,得到了试件的荷载-位移曲线和最大荷载,并分析了其屈曲模式和破坏特征。采用ABAQUS程序对拼合截面柱受压性能进行了有限元分析,分析参数主要包括长细比、腹板高厚比、截面高宽比、偏心距与偏心方向等。结果表明:轴压中、长柱系列试件的破坏模式为绕弱轴整体弯曲破坏,轴压短柱系列试件为局部屈曲变形过大而导致的塑性折曲,绕强轴和绕弱轴的偏压试件最终分别为整体弯扭屈曲和整体弯曲破坏;试件的最大轴压荷载及刚度均随着试件长细比的增大而逐渐减小;试件最大轴压荷载随腹板高厚比的增大而减小;试件的截面高宽比较大,绕两个主轴的长细比会相差较大,通过增加翼缘宽度以增大拼合柱绕强轴和弱轴的稳定性,显著提高其最大荷载;偏压拼合柱的最大荷载随着偏心距的增加而降低。     

冷弯薄壁卷边槽钢绕弱轴偏心受压构件承载力试验研究

为研究C型冷弯薄壁型钢压弯构件稳定性能,特别是其畸变屈曲性能,设计了38个冷弯薄壁卷边槽钢(C型钢)绕弱轴偏心受压短柱和中长柱试件,对其进行承载力试验,分析其破坏模式、极限承载力和变形性能。研究结果表明:正偏心受压试件的破坏主要由畸变屈曲模式控制,而典型的负偏心受压试件的破坏则主要受局部屈曲控制。对于中长柱试件,破坏还包含与整体屈曲的相关屈曲特征。正偏心受压试件承载力随腹板高厚比的增加而提高,而负偏心受压试件则呈现相反的规律。将试验结果和其他已有的试验研究数据与按GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》和北美(加拿大)规范S 136-12计算的试件承载力进行了对比,结果表明:对于负偏心受压构件,当应力不均匀系数ζ(截面上最小应力与最大应力的比值)趋于0并偏向负值(偏心距较大)时,随着ζ的减小,GB 50018—2002计算值与试验值的误差呈现逐渐增大的趋势,明显偏于不安全,当ζ≥-1.6时,按S 136-12对构件承载力的预估偏于安全;对于正偏心受压构件,当ζ≥-0.2时,GB 50018—2002和S 136-12对构件承载力的预估在多数情况下偏于保守,但其计算值离散性较大。     

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。     

偏心受压下不等肢单角钢的试验研究

进行了26组沿强、弱轴偏心受压下不等肢单角钢梁柱节点的性能试验。结果表明:当绕强轴弯曲时角钢短肢受压,角钢的偏心受压承载力可能要高于轴心受压承载力。而当绕强轴弯曲时长肢受压或绕弱轴弯曲时,偏心距的增大会降低角钢承载力;绕弱轴弯曲时,承载力降低得更明显。偏心距对极限承载力的影响随长细比的增大而减小。介绍了AISC2005规范中梁柱角钢节点设计的有关规定,并通过试验结果对直接强度法进行验证。     

冷弯薄壁C型钢绕强轴偏心受压构件的极限承载力

冷弯薄壁型钢结构多采用有效截面法对构件承载力进行计算,该方法计算繁杂且未考虑构件的畸变屈曲性能。直接强度法采用全截面计算各类参数,能够考虑各种单独屈曲模式及其相关屈曲对构件稳定性能的影响,但目前该方法并不能应用于压弯构件。对冷弯薄壁C形钢绕强轴偏压构件的稳定性能进行参数分析,探讨了构件长度、偏心距、腹板高厚比、翼缘宽厚比和卷边高厚比等因素对构件承载力的影响规律。结合有限元分析结果,基于轴压构件和纯弯构件的直接强度法公式,提出了冷弯薄壁型钢绕强轴偏压构件的极限承载力计算方法。     

冷弯薄壁型钢—重组竹组合柱偏心受压有限元分析

采用实用有限元分析软件ANSYS,对冷弯薄壁方钢管—重组竹组合柱进行偏心受压性能的有限元分析。通过选取材料本构关系,完成建立模型,设定边界条件,求解得到组合柱极限承载力。用此建模方法通过改变试件的长度、冷弯薄壁型钢的厚度、重组竹板厚度,可以计算实验室无法满足条件下柱的承载力,并对影响承载力的因素进行分析。结果表明:偏心距和长细比对于冷弯薄壁型钢—重组竹偏心受压构件具有重大影响,两种因素相比较而言,长细比的影响略小一些。     

四肢拼合冷弯薄壁型钢截面立柱轴压性能试验研究及数值分析

对不同长细比的8根四肢拼合冷弯薄壁型钢截面立柱的轴压性能进行试验研究,在试验研究的基础上建立考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型,并通过对试验试件的数值模拟,验证有限元方法的正确性。采用数值方法分析长细比、连接螺钉间距、截面翼缘宽厚比对四肢拼合冷弯薄壁型钢截面立柱轴压性能的影响。结果表明:试件最终破坏均呈现局部屈曲和畸变屈曲的破坏模式;四肢拼合冷弯薄壁型钢截面立柱的轴压性能具有"1×4≥4"的拼合效应;随着长细比的增大,四肢拼合立柱的最大承载力和刚度逐渐降低;当螺钉间距在150～450mm之间变化时,四肢拼合立柱的最大承载力和刚度变化不大;减小四肢拼合立柱截面的翼缘宽厚比,可以显著提高其最大承载力。     

冷弯薄壁型钢组合截面受压构件受力性能与设计方法研究

冷弯薄壁型钢截面高效,在建筑钢结构领域得到广泛应用,随着冷弯型钢房屋结构布局、建筑层数等的变化,拼合截面构件的应用也越来越多。文中首先简要介绍了北美和我国关于冷弯薄壁型钢组合截面受压构件的设计方法,然后综述了国内外在冷弯薄壁型钢拼合截面受压构件的受力性能和设计方法方面的的研究成果,最后在分析的基础上提出冷弯薄壁型钢组合截面受压构件亟需解决的相关研究问题。     

螺钉间距对冷弯薄壁双肢拼合箱形截面短柱承载力性能的影响

为了研究螺钉间距对冷弯薄壁型钢(CFS)拼合箱形截面短柱承载力的影响,基于已有的试验结果,利用ABAQUS有限元软件建立经验证为合理可靠的有限元模型,设计4种截面尺寸双肢拼合箱形短柱进行变螺钉参数分析。结果表明:当螺钉间距小于C形基本构件局部屈曲半波长度λ_c时,随着螺钉间距的增大,拼合箱形截面短柱极限承载力呈下降趋势;当螺钉间距等于λ_c时,承载能力略微增大;当螺钉间距大于λ_c时,随着螺钉间距的增大,拼合箱形截面短柱极限承载力呈下降趋势。另外,CFS拼合箱形截面短柱承载力符合"1+1"约等于2的原则,即相对于单肢截面短柱,拼合箱形截面短柱承载力增强不明显。     

双“Σ”形冷弯薄壁型钢拼合短柱轴压试验研究

为研究连接方式和构造差别对双"Σ"形冷弯薄壁型钢拼合短柱受压性能的影响,对24个拼合短柱进行轴压试验研究.大部分构件产生一侧外凸、一侧内凹的畸变屈曲,部分构件则发生不对称的畸变屈曲或局部屈曲.试验结果表明:构件的宽厚比和初始缺陷是影响构件承载力最主要的因素;在间距和排列方式相同的情况下,采用螺栓连接的构件承载力略高于采用自攻钉连接的构件承载力.     

宽厚比对三肢半开口冷弯薄壁型钢拼合柱轴压性能的影响

为研究宽厚比对三肢半开口冷弯薄壁型钢拼合柱轴压承载力的影响,采用ABAQUS非线性有限元分析了2种截面尺寸,4种厚度,3种长度,共计24根试件,并对拼合柱的极限承载力和最终破坏形态进行了分析。有限元结果表明对于相同长度和相同截面厚度的拼合柱,当截面尺寸从92mm增加到143mm时,其轴压极限承载力变化不明显;对于相同长度和相同截面尺寸的拼合柱其轴压极限承载力随宽厚比的增加而下降,且下降显著,下降幅度在20%左右。     

冷弯薄壁型钢开口三肢拼合立柱轴压性能有限元分析

建立了考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型,利用ANSYS有限元程序分析了长细比、螺钉连接间距、截面板件最大宽厚比对冷弯薄壁型钢开口三肢拼合立柱轴压性能的影响。结果表明:立柱长细比对A、B两类截面拼合立柱轴压承载力和轴压性能有很大影响,随着立柱长细比的增大,立柱轴压极限承载力逐渐降低;当螺钉连接间距为450、300、150mm时,A、B两类截面拼合立柱轴压极限承载力和刚度变化均不大;由于基本构件板材厚度不同引起截面板件最大宽厚比的不同,对A、B两类截面3种长度的拼合立柱的承载力和刚度影响很大;对于A、B两类截面立柱,当立柱长度和截面厚度相同时,基本构件腹板高度由89mm增加到140mm,拼合截面轴压立柱轴压极限承载力变化不大。     

工字形截面型钢混凝土短柱受压性能研究

为研究工字形截面型钢混凝土短柱的受压性能,设计了5个1/20缩尺工字形截面型钢混凝土短柱试件,各试件几何尺寸、配筋、配钢均相同,进行了不同偏心距、不同加载方向工况下的轴压、偏压单调加载试验。通过试验,分析了各试件的破坏特征、承载力、刚度及退化过程等。对比分析了偏心距、加载方向对工字形截面型钢混凝土短柱受压性能的影响规律。基于试验,进行了工字形截面型钢混凝土短柱受压承载力计算,计算结果与试验结果符合较好。研究表明:工字形截面型钢混凝土短柱具有良好的弹塑性变形能力和较高的承载力;随着偏心距的增大,工字形截面型钢混凝土短柱的承载力逐渐降低,弹塑性最大位移逐渐增大,延性逐渐增强,刚度退化逐渐减慢;偏心距相近时,与沿翼缘方向偏心加载的试件相比,沿工字形截面腹板方向加载的试件屈服荷载、极限荷载较高,延性性能较好。     

冷弯薄壁型钢双肢闭合截面拼合立柱轴压性能有限元分析

为研究在轴压条件下,长细比和腹板高厚比对冷弯薄壁型钢双肢闭合截面拼合立柱受力性能的影响,本文利用ANSYS有限元软件对其进行建模分析,并对其极限承载力和最终破坏形态进行对比。研究结果表明:长细比和腹板高厚比对冷弯薄壁型钢双肢闭合截面拼合立柱轴压受力性能均有较大影响。随着长细比的增加,其极限承载力逐渐降低;随着腹板高厚比的降低,其极限承载力逐渐增大。