高强度钢焊接方形截面轴心受压构件的局部和整体相关屈曲

钢结构设计规范GB 50017-2003规定箱形截面轴心受压构件板件宽厚比不应超过40√235/f_y,但实际工程中板件宽厚比达到120,远远超过此值。该文采用ANSYS有限元软件建立模型分析了高强度钢(名义屈服强度为460MPa)宽厚比超限的焊接箱形截面轴心受压构件的极限承载力。分析中考虑几何缺陷(整体、局部初弯曲)和残余应力,以及几何非线性和材料非线性的影响。同时,采用曲线a 代替规范GB 50017-2003中规定的曲线b,用直接强度法对这些构件进行计算,并将计算结果和有限元模拟结果相比较。针对误差较大的压杆,提出修正的直接强度法。研究表明:该文有限元模型能够很好地模拟高强度钢焊接箱形截面轴心受压构件非线性屈曲的性能;对板件宽厚比B/T≥45的轴心受压构件,有限元计算结果和直接强度法计算结果吻合较好,而对B/T<45者,二者相差较大;提出的修正直接强度法和试验结果吻合很好。     

超高强度钢材焊接截面残余应力分布研究

超高强度钢材(屈服强度≥460MPa)已经在多个钢结构实际工程中得到应用,但关于其构件截面残余应力以及轴心受压整体稳定性的研究还很少。该文总结了国外已有的超高强度钢材焊接截面残余应力的试验测量结果,针对工字形、箱形和十字形三种焊接截面,分析了截面残余压应力与板件宽厚比的关系,并提出了这三种焊接截面超高强度钢材构件残余应力的分布模型和具体计算公式,为研究超高强度钢材受压构件的整体和局部稳定受力特性提供了前提条件。     

轴心受压等边角钢构件局部稳定受力性能随钢材强度变化规律的研究

随着钢结构的发展,高强度热轧等边角钢在钢结构中的应用越来越广泛,如输电铁塔和大跨度桁架等.而高强度钢材在材料性能方面与普通强度钢材有明显的区别,使得钢材强度不同时轴心受压等边角钢构件的局部稳定受力性能存在较大差异.目前国内外关于这方面的研究成果较少.笔者利用通用有限元分析软件ANSYS 建立有限元模型,考虑了构件的残余应力和几何初始缺陷,对轴心受压等边角钢构件的局部稳定受力性能进行了有限元分析,研究其随钢材强度和宽厚比变化的影响规律,并与美国规范(AISC 360-05)和欧洲规范(Eurocode 3)的设计方法进行了比较,提出了设计建议,为相关设计提供了参考.     

Q420高强度等边角钢轴压构件整体稳定性能设计方法研究

为研究Q420高强度等边角钢轴压构件的整体稳定受力性能与设计方法, 该文采用有限元软件ANSYS建立数值模型, 并经与试验结果对比验证后进行了大量参数分析, 研究了构件几何初始缺陷、残余应力和钢材屈强比对该类轴压构件整体稳定性能的影响, 分析了已有设计方法的适用性。结果表明, 构件初始缺陷对其稳定性能的影响与构件长细比及失稳模态有关, 残余应力的影响与构件长细比有关, 钢材屈强比的影响较小。基于数值计算结果建议了Q420高强度等边角钢轴压构件考虑板件局部屈曲相关作用的整体稳定设计方法, 为补充和完善我国钢结构设计规范提供了参考, 同时也有利于促进高强度钢材在我国钢结构工程中的应用。     

不锈钢工字形截面轴心受压构件整体稳定性能有限元研究

该文采用通用有限元软件ANSYS对奥氏体和双相体两种不锈钢材料的不锈钢工字形截面轴心受压构件的整体稳定性能试验进行了数值模拟。在建立有限元模型的过程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,并分别对工字形构件绕强轴失稳与绕弱轴失稳形式进行了分析。通过有限元模拟得到的极限承载力、试验测量的极限承载力以及规范计算的极限承载力进行对比可知:该文的有限元方法能够准确模拟不锈钢轴心受压构件的受力情况;同时,对于工字形构件,残余应力对绕弱轴失稳构件的稳定承载力的影响较大;此外,GB50017-2003不适用于不锈钢整体稳定性设计。     

焊接箱形截面不锈钢柱相关稳定性能分析

采用有限元法对焊接箱形截面不锈钢柱的局部与整体相关稳定性能进行分析,研究利用板件的屈曲后强度,以实现更为经济合理的构件截面设计。建立了可以准确模拟不锈钢非线性材料力学性能、截面焊接残余应力和构件的局部与整体几何初始缺陷等因素的精确有限元数值模型,并依据试验结果对模型的可靠性进行了验证。基于验证可靠的有限元模型,开展了系统参数分析,同时补充了大量的数值计算数据点。根据得到的试验和有限计算结果,对相关稳定承载力的理论计算方法进行了比较分析,表明现有的方法应用较为复杂,而且可能高估构件的相关稳定承载力。针对奥氏体型和双相型两类不锈钢提出了通用的计算修正系数,给出了新的直接强度法计算公式,经试验与有限元计算结果验证,表明其能够准确计算焊接箱形截面不锈钢柱的相关稳定承载力。     

Q460高强钢焊接工字形截面单伸臂梁整体稳定性能与设计方法研究

为研究Q460高强钢焊接工字形截面单伸臂梁的整体稳定性能以及完善规范中关于此类构件的设计方法,进行了6根集中荷载作用下Q460高强钢焊接工字形截面单伸臂梁的整体稳定性能试验,测量了试件的初始几何缺陷和截面残余应力。试验结果表明：当单伸臂梁整体失稳的控制梁段位于简支跨时,单伸臂梁的整体稳定承载力随伸臂长度比的增大而减小,截面高宽比较伸臂长度比对单伸臂梁整体稳定承载力的影响更大。在试验基础上,运用有限元程序创建考虑初始几何缺陷和残余应力的有限元模型对试验进行模拟,模拟结果与试验结果吻合良好;基于试验验证的有限元模型,分析荷载形式、荷载比例、简支跨长度、伸臂跨长度和截面高宽比等因素对Q460高强钢焊接工字形截面单伸臂梁整体稳定承载力的影响规律。基于特征值屈曲分析结果,回归出单伸臂梁的弹性屈曲临界弯矩计算公式,并通过对试验结果和有限元参数分析结果的回归提出了Q460高强钢焊接工字形截面单伸臂梁的极限弯矩计算公式。     

高强钢焊接构件工字形横截面残余应力试验及统一分布模型研究

为研究不同强度等级高强钢焊接工字形截面残余应力的变化规律,采用分割法对960MPa钢材试件进行测量,得到了残余应力分布。将试验结果与大量其他强度等级(包括235MPa、345MPa、460MPa以及690MPa)钢材焊接工字形截面的残余应力进行对比分析,研究了残余拉应力和残余压应力随钢材强度的变化规律。研究结果表明,焊缝和翼缘焰切边附近残余拉应力与截面几何尺寸无明显相关性,且呈现随钢材强度增大而增大的变化规律,并始终低于钢材强度;翼缘和腹板的残余压应力与钢材强度无明显关系,但随板件宽厚比及板厚的增大而明显减小。基于这一规律及大量试验数据,提出了不同强度等级钢材焊接工字形截面残余拉应力和压应力的计算方法,确定了分布范围,制定了统一分布模型,为不同强度等级高强钢结构的研究提供了基础条件。     

高强度等边角钢轴心受压局部稳定的试验研究

该文针对高强度等边角钢的局部稳定受力性能,对Q420热轧等边角钢短柱进行了轴心受压试验。根据试验结果,该文对角钢肢的弹性嵌固系数的取值进行了研究,并与我国、美国和欧洲钢结构设计规范的相应设计方法和计算公式进行了对比分析。结果表明：我国钢结构设计规范对于角钢肢的弹性嵌固系数的取值是合理的;美国和欧洲钢结构设计规范的计算结...     

国产Q460高强度钢材焊接工字形截面残余应力试验及分布模型研究

焊接残余应力是影响钢结构受压构件整体稳定性能的一种重要初始缺陷. 为研究国产Q460高强度钢材焊接工字形截面的残余应力分布, 该文采用分割法对8个不同截面尺寸和焊缝类型的截面试件进行了测量. 基于近2000组测量数据, 得到了不同试件全截面的残余应力分布和拉、压应力大小, 并研究了腹板和翼缘的板件宽厚比、板件厚度、焊缝类型以及腹板和翼缘的相关性等因素对残余应力的影响. 试验结果表明, 残余压应力的数值大小与截面尺寸直接相关而基本不受焊缝类型的影响, 残余拉应力的大小则与截面尺寸没有相关性;由于翼缘和腹板内的残余应力能够分别满足自平衡条件, 二者没有相互间的影响作用. 最后, 该文提出了能够准确描述试验结果和截面尺寸影响的国产Q460高强钢焊接工字形截面的残余应力分布模型和计算公式.     

Q420焊接圆钢管轴心受压稳定性能试验和设计方法研究

该文进行了15个Q420高强度钢材埋弧焊接圆钢管柱轴心受压试验研究,基于试验结果总结了其失稳变形特征,分析比较了15个试件的稳定系数与我国规范柱子曲线计算值的关系,并验证了有限元模型的可靠性。基于有限元参数分析计算结果,对比60个试件的稳定系数与我国规范柱子曲线计算值的关系,对Q420高强度钢材埋弧焊接圆钢管的整体稳定设计方法提出两种建议:一是对于我国规范柱子曲线选择的建议,即对于Q420埋弧焊接圆钢管可以按a类截面计算其稳定承载力;二是更新我国柱子曲线整体稳定系数φ的计算参数α₁、α₂、α₃,建议了一条新的设计曲线。     

反复水平荷载作用下偏心常轴压箱形钢柱抗震性能的数值分析

建立考虑材料非线性、几何非线性、几何初始缺陷、残余应力影响的有限元模型,对反复水平荷载作用下偏心常轴压箱形钢柱的受力性能进行模拟分析。通过与相关试验结果的比较,验证了有限元模型的正确性。在此基础上,对85个箱形构件进行数值分析,研究反复水平荷载作用下常偏压箱形钢柱的抗震性能。研究结果表明,腹板宽厚比是影响构件抗震性能的最主要因素,腹板宽厚比越大,构件的刚度、承载力退化越严重,延性越差。对于中等长细比的构件,当轴压比较小时,构件的抗震性能受整体失稳、局部屈曲和塑性变形的相互影响;但当轴压比较大时,整体失稳将起控制作用。柱顶弯矩使构件的骨架曲线发生平移,但柱顶弯矩对构件抗震性能的影响相对较小。根据有限元计算结果,回归出反复荷载作用下偏心常轴压箱形钢柱可承受的最大柱顶剪力和位移延性系数的拟合公式。     

侧边边界条件对复合材料加筋板轴压载荷下屈曲和后屈曲性能的影响

为研究侧边边界条件对复合材料加筋板压缩稳定性能的影响,首先采用有限元软件对压缩载荷作用下的复合材料加筋板进行建模数值计算,得到加筋板在侧边简支和自由2种边界条件下的屈曲载荷和形式,然后采用工程计算方法对加筋板轴压承载能力进行了估算,参考计算结果,分别对侧边有支持和侧边自由2组加筋板进行轴向压缩试验,分析侧边边界条件对试验件的屈曲形式、屈曲载荷以及后屈曲破坏过程的影响。试验结果表明：侧边支持条件会影响加筋板的屈曲形式和破坏形式。对于侧边有支持的试验件,屈曲后整体变形较小,筋条的压缩断裂是主要的破坏形式;而侧边自由的试验件屈曲后会逐渐出现整体弯曲变形,变形引起的筋条脱粘和弯曲断裂则是主要的破坏形式,且筋条脱粘会显著降低结构的承载能力。有限元计算结果与试验结果较吻合,验证了有限元模型的合理性。采用工程计算方法对侧边有支持的加筋板承载能力进行估算具有较好的精度。     

复合材料圆柱壳轴压屈曲性能分析

对完整复合材料圆柱壳轴向压缩性能进行了试验研究,得到了圆柱壳结构的破坏载荷和各测量点的载荷-应变曲线,通过分析得出结构的破坏形式为屈曲破坏。利用ANSYS有限元软件建立了模型,对复合材料圆柱壳进行屈曲分析,将有限元计算的结构变形和屈曲载荷与试验结果进行对比,计算结果与试验结果一致,验证了模型的有效性。利用建立的有限元模型,分析了开口尺寸和铺层角度对含矩形开口的复合材料圆柱壳屈曲载荷的影响。在开口处加装复合材料口盖对结构进行补强,补强后的柱壳结构满足强度设计要求。     

焊接环式箍筋约束高强混凝土柱抗震性能研究

通过室内模型低周往复加载试验及非线性有限元分析,对焊接环式箍筋约束高强混凝土柱的抗震性能进行了研究。研究了轴压比、配箍率两个参数对柱抗震性能的影响规律。结果表明:通过ABAQUS软件对焊接环式箍筋约束高强混凝土柱的有限元分析结果与试验结果符合较好;随着轴压比的提高,柱的水平承载力变大,延性和耗能能力变差,骨架曲线的强度下降段较陡;随着体积配箍率的增大,柱的承载力、延性和耗能能力均有所提升。通过回归分析,得出适用于焊接环式箍筋约束高强混凝土柱的抗剪承载力的公式,可供设计参考。     

冷弯薄壁斜卷边槽钢轴压构件承载力计算的直接强度法研究

为了研究斜卷边槽钢轴压构件承载力的计算方法,并完善和发展直接强度法在我国的应用,利用经试验验证后的大量有限元计算结果,在分析现有国外直接强度法公式基础上结合我国实际,提出了轴压简支斜卷边槽钢柱承载力的直接强度法修正计算公式,并针对固支斜卷边槽钢轴压柱建立了承载力直接强度法计算公式。方法中考虑了局部与整体以及畸变与整体的相关屈曲。与试验及北美规范(NAS 2001)、美国规范(AISI 1996)和澳大利亚规范(AS/NZS 4600)计算结果的对比表明,修正后的计算方法比现有直接强度法及上述规范对构件承载力的预测更为精确,且与试验所得失稳模式更为接近。     

Buckling of Cracked Laminated Composite Cylindrical Shells Subjected to Combined Loading

A series of finite element analysis on the cracked composite cylindrical shells under combined loading is carried out to study the effect of loading condition, crack size and orientation on the buckling behavior of laminated composite cylindrical shells. The interaction buckling curves of cracked laminated composite cylinders subject to different combinations of axial compression, bending, internal pressure and external pressure are obtained, using the finite element method. Results show that the internal pressure increases the critical buckling load of the CFRP cylindrical shells and bending and external pressure decrease it. Numerical analysis show that axial crack has the most detrimental effect on the buckling load of a cylindrical shell and results show that for lower values of the axial compressive load and higher values of the external pressure, the buckling is usually in the global mode and for higher values of axial compressive load and lower levels of external pressure the buckling mode is mostly in the local mode.