基于直接强度法的高强箱形轴压柱研究

采用直接强度法对高强箱形轴压柱的极限承载力进行计算,将计算结果与我国现行行业标准《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（报批稿）计算结果进行比较,验证直接强度法公式的适用性.直接强度法计算中,利用有限条程序CUFSM计算截面的屈曲临界应力,分析组合柱的屈曲性能,并找出其翼缘宽厚比对柱子极限承载力的影响规律.     

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件畸变屈曲性能研究

建立了考虑材料和几何双重非线性的550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件畸变屈曲性能分析的有限元模型,并通过对两种厚度高强冷弯薄壁型钢轴压构件畸变屈曲试验已有结果的分析比较验证了其有效性;采用该模型进一步分析了厚度、长度、初始缺陷模式及幅值等参数对畸变屈曲轴压构件承载力的影响,并对轴压构件畸变屈曲发生机理进行了探讨。结果表明：厚度、长度和初始缺陷模式是影响畸变屈曲轴压构件承载力的主要因素,且卷边面内屈曲是槽形截面轴压构件发生畸变屈曲的主要原因。通过理论计算与试验结果的对比分析,表明可以采用建议方法计算此类复杂截面轴压构件的畸变屈曲承载力。     

冷弯薄壁型钢轴压构件畸变与整体相关屈曲承载力计算方法研究

基于我国《冷弯型钢结构技术规范》(征求意见稿)和北美规范及澳洲/新西兰规范中的直接强度法,利用国内外已有的试验数据,计算了60根破坏模式为畸变与整体相关屈曲的轴压试件以及50根破坏模式为畸变屈曲的轴压试件的承载力。通过计算值与试验值的对比分析表明：我国《冷弯型钢结构技术规范》(征求意见稿)中直接强度法所计算的轴压试件畸变与整体相关屈曲的承载力与试验值之比的平均值接近1.0,结果较为理想;计算所得的轴心受压试件畸变屈曲的承载力明显高于试验值,偏于不安全。基于上述结果,对《冷弯型钢结构技术规范》(征求意见稿)中直接强度法计算畸变屈曲的承载力提出了相应建议,即畸变与整体相关屈曲的承载力计算公式和畸变屈曲的承载力计算公式不应统一,应区别对待或给出附加核查条件,在计算畸变半波长度和畸变屈曲的承载力时,采用屈服荷载而非构件整体稳定承载力。     

受弯的冷弯卷边槽钢畸变屈曲强度和其相关屈曲承载力

受弯的冷弯薄壁卷边槽钢基本上有板件局部屈曲,截面畸变屈曲和构件弯扭屈曲三种屈曲模式,随后有它们之间的相关屈曲。由于畸变屈曲模式对缺陷的敏感度高,因此其屈曲后强度提高的幅度远低于局部屈曲模式。但是与局部屈曲模式相比,畸变屈曲模式抵抗破坏的能力却很强。可以用有限单元法计算受弯卷边槽钢截面的畸变屈曲强度。本文介绍了澳大利亚-新西兰标准AS/NZS4600-2005,用手算法计算受弯卷边槽钢截面的弹性畸变屈曲应力,並用直接强度法计算其相关的屈曲承载力。     

冷弯薄壁型钢构件的直接强度设计法

受压或受弯的冷弯薄壁卷边槽钢有板件局部屈曲，截面畸变屈曲和整体弯曲屈曲或弯扭屈曲三种模式。本文着重介绍板件的相关屈曲和计算截面畸变屈曲应力的方法并阐述了三种屈曲模式之间的相关关系。指出用传统的有效截面设计法计算受压和受弯冷弯薄壁卷边槽钢承载力的弊端，较详细地说明了用构件全截面计算的直接强度设计法。     

腹板开圆孔冷弯卷边槽钢轴压构件畸变屈曲承载力试验及计算方法

对26根屈服强度为235 MPa的腹板开孔和未开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件进行畸变屈曲承载力试验研究,分析构件的屈曲模式和极限承载力。将我国及北美相关规范计算的构件承载力以及非线性有限元数值模拟结果与试验结果进行分析比较,并对腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件的承载力合理计算模式进行研究。结果表明:对于中等长度腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件主要出现局部、畸变和整体屈曲的相关作用;腹板开孔对构件畸变屈曲稳定承载力有一定的降低作用;采用折减构件有效截面面积的修正方法可计算开孔构件的畸变屈曲稳定承载力;非线性有限元方法可用于腹板开孔冷弯薄壁型钢构件的屈曲模式和极限承载力的分析。     

冷弯薄壁型钢柱畸变屈曲承载力研究

冷弯薄壁型钢构件由于自身的诸多优点,已广泛应用于建筑结构之中。分析发现现有柱试件畸变屈曲承载力计算值不能较好地反映试验规律,并且弹性畸变屈曲应力公式计算过程较繁琐。经过理论分析,提出考虑畸变与整体相关屈曲的直接强度法设计公式,给出无需迭代的转动约束刚度建议公式以用于弹性畸变屈曲应力的计算。通过与试验数据对比发现,所提出的建议公式可以较安全地计算柱试件的畸变屈曲承载力,其计算值随柱长增加而减小,符合试验规律,可为《冷弯薄壁型钢结构技术规范》的修订提供参考。     

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。     

冷弯薄壁卷边槽钢畸变屈曲承载力的计算方法比较

冷弯薄壁卷边槽钢在受力过程中除可能出现整体屈曲和局部屈曲外,还可能出现畸变屈曲。发生畸变屈曲会恶化构件的受力性能,从而降低构件的极限承载力。比较研究了5个国家或地区规范针对畸变屈曲的设计计算方法,并对最新的畸变屈曲承载力计算方法研究成果进行归纳,最后就既有的5种考虑畸变屈曲的承载力计算方法与有关试验进行对比分析,结果表明:北美规范采用的直接强度法适用范围广且精度相对较高。     

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压柱畸变屈曲试验研究

本文对550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件畸变屈曲性能进行了试验研究,17根试件的试验结果表明:由于试件局部屈曲一般发生在畸变屈曲之前,促使畸变屈曲提前出现,这种相关作用减弱了构件整体刚度,降低了构件承载力;澳洲规范AS/NZS 4600:1996及北美规范NAS 2004中关于发生畸变屈曲构件承载力的计算方法没有考虑局部屈曲和畸变屈曲相关作用的不利影响。依据试验结果本文提出了一种修正直接强度法的建议计算方法,该法计算结果与试验结果较为接近且偏安全。     

冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件承载力计算的折减强度法

为了研究冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件的极限承载力,对15根轴心受压的冷弯薄壁卷边槽钢进行了破坏性试验,并采用有限元分析方法对试件进行模拟分析,有限元计算结果与试验结果吻合良好,验证了有限元方法的有效性,然后对典型截面构件进行大量的有限元参数分析。研究结果表明：冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件的极限承载力随着构件翼缘宽厚比、腹板高厚比、长细比以及钢材强度的增大而减小。通过参数分析得到了考虑局部屈曲、整体屈曲和畸变屈曲影响的构件屈服强度折减系数,提出了冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件承载力计算的折减强度法及其相应计算公式,且通过试验验证了本文折减强度法计算卷边槽钢轴心受压构件极限承载力的适用性。     

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。     

冷弯薄壁卷边槽钢轴压构件畸变与局部相关屈曲试验研究

对卷边尺寸不同的两类腹板中间设置加劲卷边槽形截面,共18个冷弯薄壁型钢固支轴压试件进行畸变屈曲与局部屈曲相关作用的静力试验研究。得到试件的屈曲模式、相关屈曲行为、破坏模式以及极限荷载。试验结果表明：畸变屈曲与局部屈曲的耦合相关对试件的变形和极限荷载有不利作用;畸变屈曲与局部屈曲的耦合相关作用存有较大的屈曲后承载力;畸变屈曲与局部屈曲的耦合相关顺序,即畸变屈曲 局部屈曲耦合相关、局部屈曲 畸变屈曲耦合相关,对试件的变形、非线性平衡路径、破坏模式以及极限荷载的影响有所不同。采用ABAQUS有限元软件对试件进行模拟分析,计算结果与试验结果吻合良好。     

Compression tests of longitudinally stiffened plates undergoing distortional buckling

This paper describes a series of compression tests performed on longitudinally stiffened plates fabricated from a mild steel plate of thickness of 4.0 mm with nominal yield stress of 235.0 MPa. The stiffened plates with longitudinal stiffeners of a range of rigidities were tested to failure. The ultimate strengths and performances of the longitudinally stiffened plates in compression undergoing distortional buckling or interaction between local and distortional buckling were investigated experimentally and theoretically. The compression tests indicated that the critical buckling mode was dependent mainly on the rigidity of the longitudinal stiffeners and the width-to-thickness ratio of the sub-panels. A noticeable interaction between local and distortional buckling was also observed for some stiffened plates. A significant post-buckling strength reserve was shown for those sections with distortional buckling and for those sections showing interaction between local and distortional buckling. A limiting strength curve for distortional buckling of longitudinally stiffened plates was studied. Simple design strength formulas in the direct strength method are proposed to account for the distortional buckling and the interaction between local and distortional buckling of longitudinally stiffened plates. The strength curves were compared with the test and FE results conducted. The adequacy of the strength curve was confirmed. A set of conclusions on the buckling behavior of longitudinally stiffened plates was drawn from the experimental studies.     

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。