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。     

冷弯薄壁型钢多肢拼合截面柱轴压受力性能有限元分析

以单肢C型钢为基本构件拼合成的冷弯薄壁型钢多肢组合截面柱可有效改善单肢和双肢截面柱局部稳定性差、承载力相对较低的问题。为此,提出一种新型十字截面柱,对此类拼合截面柱进行轴心受压承载力有限元分析。结果表明:短柱、中柱及长柱的整体稳定性较好,其变形破坏表现为局部鼓曲,均发生在柱的中间部位;提出的十字型柱截面几何拼合比例为12,承载力拼合比例远大于截面几何拼合比例,拼合系数在1. 3左右,材料得到了有效利用。     

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。     

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。     

冷弯薄壁型钢多肢拼合柱轴压试验研究

针对单肢C形和U形截面及由其拼合而成的双肢和四肢截面冷弯薄壁型钢柱轴压承载力,进行了66根(共6种截面,5种长度)两端铰接的多肢拼合截面冷弯薄壁型钢柱轴压试验,研究了长细比、肢数及拼合形式对冷弯薄壁型钢多肢拼合柱轴压受力性能的影响。试验结果表明:长细比小于70的开口截面易发生畸变屈曲,闭口截面则发生局部屈曲;长细比大于70的试件则以整体屈曲破坏为主;随着试件的长度增加,其轴压承载力逐渐降低。相对于单肢截面,相同高度的拼合截面长细比减小,试件破坏形式随着长细比减小而从整体屈曲控制变为畸变屈曲和局部屈曲控制,轴压承载力提高。试验结果为多肢拼合截面柱设计计算提供了试验数据支持。     

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。     

双肢拼合冷弯薄壁型钢工字形截面梁受弯性能研究

对6个单肢冷弯薄壁型钢C形截面梁和18个双肢拼合冷弯薄壁型钢工字形截面梁进行了受弯性能试验研究 ,考察梁跨高比、翼缘宽厚比、截面高宽比、螺钉连接间距以及腹板开孔对双肢拼合工字形截面梁破坏模式和极 限受弯承载力的影响,验证双肢拼合截面梁受弯承载力具有“1×2≥2”的拼合效应,并采用ANSYS有限元软件进 行数值模拟与影响因素分析。结果表明：试件的破坏模式为翼缘及腹板局部屈曲和畸变屈曲的相关屈曲形式。改 变翼缘宽厚比和截面高宽比对双肢拼合冷弯薄壁型钢工字形截面梁的承载力影响最大,而改变螺钉连接间距 （300~600mm范围内）和梁跨高比对工字形梁的承载力影响较小。在实际工程设计中,建议腹板开孔采用圆形孔 洞形式,腹板开孔截面积比例取为35%~50%之间,同时腹板开孔间距应不小于400mm。在双肢拼合工字梁受弯承载 力折减强度法的基础上,提出了适用于腹板开孔双肢拼合冷弯薄壁型钢工字形截面梁受弯承载力计算的强度折减 修正法。     

冷弯薄壁型钢四肢双箱形拼合柱轴压性能有限元分析

利用ABAQUS有限元软件建立的有限元模型考虑了材料、接触非线性和几何缺陷等因素,分析了试件长细比、腹板宽厚比对拼合柱的极限承载力影响。分析结果表明:长细比对冷弯薄壁型钢四肢双箱形的轴压极限承载力有较大影响,随拼合柱长细比的增加,拼合柱极限承载力逐渐降低;由不同板材厚度引起试件腹板宽厚比的不同对相同长度试件的极限承载力以及刚度有较大影响;板材厚度和试件长度相同时,试件腹板高度从92mm增加到143mm,试件的极限承载力变化不大。     

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。     

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。     

冷弯薄壁型钢多肢拼合柱轴压承载力计算方法对比分析

以由单肢C形和U形截面拼合而成的冷弯薄壁型钢拼合截面轴压柱试验结果为基础,对采用我国现行规范与征求意见稿中有效宽度法计算的30根(6种截面,5种长度)轴压构件的极限承载力进行了对比分析。基于有效宽度法,提出了针对组合截面承载力的计算方法。比较了我国规范征求意见稿与美国规范中直接强度法的不同,基于美国规范的直接强度法利用CUFSM有限元软件对拼合截面进行建模分析,取消螺钉拼合连接部分的板件边界,将拼合截面作为一个整体进行分析,拼合部分厚度在1.0t至2.0t。对比发现:对于开口截面,厚度为1.0t时计算值与试验值之比的平均值更接近于1.0;对于闭合截面,厚度为1.2t时计算值与试验值之比的平均值更接近于1.0。     

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。     

双肢冷弯薄壁型钢框架抗震性能分析

冷弯薄壁型钢住宅结构在国内已经成为研究和应用的热点。针对双肢冷弯薄壁C形钢加垫板连接的新型截面,将其应用于低层住宅框架结构,通过拟静力试验和有限元模拟相结合的方法,对3个单层单跨框架进行低周循环荷载作用下的抗震性能对比研究,考虑柱轴压比和梁柱节点连接螺栓间距这两个参数,深入研究了框架的破坏形式以及表征结构抗震性能的各项指标,包括承载力退化、刚度退化、延性及耗能性能。研究结果表明:各框架最终均因发生平面内整体失稳而破坏,且伴有梁端板件及柱脚腹板的局部失稳。螺栓间距对承载力退化的影响程度较大,而轴压比则主要是影响结构的刚度退化性能,各框架较一般混凝土结构及轻型门式刚架结构均表现出较好的延性与耗能性能。研究结论对这一截面形式的应用发展具有一定的实际意义。     

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。     

冷弯薄壁四肢拼合箱形截面柱抗火性能研究

冷弯薄壁型钢四肢拼合截面柱是一种常用的拼合柱,主要用于多层冷弯薄壁型钢结构建筑结构中承受集中荷载。对8根拼合箱形截面柱进行了高温下整体稳定试验研究,主要考虑了不同的温度纵向分布模式和螺钉布置方式对其抗火性能的影响。试验中测得了炉温、柱温、轴向荷载、轴向位移和侧向位移等,并且得到了钢柱在高温破坏后的残余变形。根据试验结果可以判断钢柱在高温下首先发生整体屈曲,再发生局部屈曲,最后在二者相互作用下失去承载能力。试验结果表明：当螺钉间距小于300 mm时,构件截面的协同变形能力良好,单肢构件间未出现分离的现象,且随着螺钉间距减小,钢柱失效的临界温度有较大的提升;在拼合柱端部设置抗剪螺钉群对其抗火性能的提升不明显;当构件由全长受火变为上半部分受火时,构件侧移最大点位置会由中部区域向上移动靠近柱端,且达到耐火极限时,钢柱失效的临界温度升高。基于ABAQUS建立了有限元模型,模型中考虑了材料与几何非线性以及高温下螺钉的抗剪刚度。有限元模拟结果与试验结果对比发现,该有限元模型不仅可以很好地模拟该类构件高温下的变形,也可准确地预测其耐火极限与临界温度。     

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。     

冷弯薄壁型钢拼合箱形截面立柱轴压性能试验研究

对17根冷弯薄壁型钢拼合箱形截面立柱的轴压性能进行试验研究,截面分为A、B两类,得到了各试件荷载-位移曲线和破坏特征,并将试验结果与《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018-2002)“有效宽厚比法”和美国相关规范中“直接强度法”、“有效截面法”计算结果进行对比分析.结果表明:LC和MC系列立柱的破坏模式为整体弯曲屈曲,SC系列立柱则为局部屈曲和端部承压破坏;B类试件的最大承载力大于A类截面试件的最大承载力的2倍,即有“1+1＞2”的拼合效应;对于A类截面LC系列立柱,GB 50018和AISI规范公式计算结果过于保守,而对于MC和SC系列试件,公式计算结果与试验结果比较吻合;对于B类截面LC和MC系列试件,公式计算结果偏于不安全,而SC系列试件,公式计算最大承载力偏于安全.     

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。     

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.