工字型铝合金轴心受压构件中美设计规范对比

对比GB50429—2007《铝合金结构设计规范》、DGJ08-95—2001《铝合金格构结构技术规程》(试行)、美国铝合金设计规范中6061-T6工字型铝合金构件的整体稳定系数,求出了铝合金板材不同宽厚比下弹性屈曲允许应力,得到了铝合金构件不同长细比与宽厚比之间的关系。工程设计中应综合考虑整体稳定、局部稳定及局部屈曲的影响,以确定最合理的截面形式。     

我国钢结构设计规范中梁宽厚比限值问题的讨论

根据板件稳定理论可以知道，板件宽厚比较大，可能导致板件的局部屈曲先于整体屈曲发生，从而影响构件的整体承栽力，因此需要对板件的宽厚比进行限制。本文通过分析我国规范GB50017中对梁翼缘腹板宽厚比限值的理论推导，以及与北美规范中的宽厚比限值比较，发现我国规范中宽厚比限值偏于保守。     

变截面工形柱平面内稳定极限承载力研究

基于非线性板壳有限元结构分析方法,对门式刚架变截面工形柱平面内稳定极限承载力进行了大挠度弹塑性分析研究。在考虑壁板局部屈曲和构件整体屈曲相关作用的同时,对影响稳定承载力的几何参数包括腹板宽厚比、翼缘宽厚比、构件楔率和构件长细比等进行了系统的分析和研究,并与现行《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》进行了比较,获得的结论对工程设计具有参考价值。     

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。     

楔形压弯构件平面内稳定极限承载力研究

楔形变截面H型钢构件设计中常采用高而薄的腹板,这样能够充分发挥翼缘的承载能力,节省材料。如此虽然可能引起腹板的局部屈曲,但板件的屈曲并不意味着构件承载能力的丧失。应用非线性板壳有限元分析方法,对变截面压弯构件平面内稳定极限承载力进行了分析。在考虑腹板局部屈曲和构件整体屈曲相关作用的同时,系统地分析与评价了腹板宽厚比、翼缘宽厚比、构件长细比和楔率等对压弯构件平面内稳定极限承载力的影响,并与《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)的计算结果进行了比较,结论可供工程设计参考。     

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.     

Q460高强度钢焊接工字形截面压弯构件局部和整体弯扭相关屈曲有限元分析

采用有限元法分析了高厚比超限的Q460钢焊接工字形截面压弯构件局部和整体弯扭相关屈曲的极限承载力,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比、构件长细比和荷载相对偏心率对其相关屈曲承载力的影响,提出了Q460钢焊接工字形截面压弯构件的局部和整体弯扭相关屈曲极限承载力修正计算公式。研究表明:有限元模型能够较好地模拟焊接工字形截面压弯构件局部和整体弯扭相关屈曲极限承载力;腹板高厚比、翼缘宽厚比、构件长细比及荷载相对偏心率增大均会导致构件无量纲化极限承载力降低;基于《钢结构设计规范》(报批稿)GB 50017提出的修正公式计算值与有限元计算值吻合较好。     

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。     

卷边翼缘工形构件在压弯荷载作用下的稳定承载力设计理论

卷边工形截面构件作为一种高效型材,在弯矩与轴力共同作用下的破坏模型常常是伴随板件局部屈曲的整体失稳。利用板壳有限单元法,研究卷边工形截面构件在板件局部屈曲下的构件整体稳定承载力,建立其稳定承载力设计公式。首先,通过设计大量算例,研究了截面宽高比、腹板高厚比、翼缘宽厚比等截面参数对短柱承载性能的影响,其中考虑了板组之间屈曲的相关作用,获得了考虑板组局部屈曲特性的短柱稳定承载力相关公式。在短柱板件局部失稳承载力研究的基础上,计入构件长细比对长柱面内和面外稳定承载性能的影响,通过数值分析建立了卷边工形构件在压弯荷载作用下的稳定承载力设计公式。     

楔形变截面柱平面内稳定极限承载力研究

应用非线性板壳有限元分析方法对楔形变截面柱的平面内稳定极限承载力进行分析,探讨了腹板高厚比、翼缘宽厚比、楔率和构件长细比等对楔形变截面柱平面内稳定承载力的影响,与此同时考虑了腹板局部屈曲和构件整体屈曲;并与现行《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)中有效截面法的计算结果进行比较,以期为相关工程设计提供参考。     

纯压圆弧形钢管桁架拱平面内稳定性能及设计方法

目前针对钢管桁架拱平面内稳定性能及承载力的研究较少,缺少相应的设计方法。提出了钢管桁架拱截面剪切刚度表达式,考虑剪切变形的影响推导了纯压两铰圆弧桁架拱屈曲荷载的简化计算公式以及换算长细比表达式。基于有限元方法,全面分析了截面高宽比、矢跨比、腹杆夹角及腹杆截面尺寸等不同参数对平面桁架拱和空间桁架拱弹性屈曲性能的影响,结果表明采用简化公式与有限元分析结果吻合良好。借鉴实腹拱和格构柱的稳定设计方法,采用大挠度弹塑性有限元法系统研究了平面及空间纯压桁架拱的相关稳定承载力,发现节间弦杆长细比与桁架拱整体长细比的比值是衡量局部稳定对整体稳定影响的关键参数,在此基础上提炼出纯压桁架拱的相关作用影响系数,并拟合得到了纯压桁架拱的稳定设计曲线,从而为一般荷载作用下压弯桁架拱的稳定承载力的设计奠定了基础。     

H形截面铝合金压弯构件平面内稳定承载力的试验及理论研究

以长细比和荷载偏心率为主要参数,测试了13个H形截面铝合金挤压型材偏心受压试件的稳定承载力,所有试件均在受弯平面内发生了整体弯曲屈曲。采用数值方法对上述试件进行了非线性稳定性计算,计算结果得到了试验结果的验证。对铝合金压弯构件的稳定性进行了理论分析,结果表明合金类型对稳定承载力的影响最大,修正系数η1需要对弱硬化合金和强硬化合金分别取值。推导的计算H形截面铝合金压弯构件平面内稳定承载力的线性相关公式与数值计算结果吻合较好,并在形式上与我国《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)保持一致以便于实际应用。     

Ultimate capacity of battened columns composed of four equal slender angles

Cold-formed steel structural members play a great role in modern steel structures due to their high strength and light weight. The behavior and strength of battened column members composed of slender angle sections are mainly governed by local buckling of angle legs or torsional buckling of the angle between batten plates. Moreover, local buckling depends on the interaction between the width–thickness ratio of angle leg, overall slenderness ratio of angle between batten plates and overall slenderness of column. Theoretical study has been carried out by a nonlinear material and geometrical finite element model. Numerous cases of slender battened column sections having different width–thickness angle leg ratios, overall slenderness ratios between batten plates and overall slenderness ratios are chosen in this study. Complete ultimate strength curves are drawn and different failure modes are studied by taking different member lengths, which produce local or torsional buckling of single angles between batten plates or overall buckling of the member. Empirical equations for the effect of shear deformation factor and the ultimate axial load capacities of members formed of battened slender angle sections are proposed. Strengths of axially loaded battened members predicted using finite element as well as the proposed empirical equations is compared with the design strengths obtained using North American and European codes. It is concluded that the design strengths predicted by North American and European codes are generally conservative, and these design rules have been shown to be reliable using reliability analysis.     

Q460高强角钢极限承载力的试验研究

将高强角钢放置在实际铁塔结构中,选取平面三角形桁架1∶1模型,采用不同端部连接形式,两种长细比,对Q460高强角钢进行极限承载力试验研究。根据试验结果分析Q460等边角钢的破坏形态、极限承载力、与连接腹杆的工作机理等指标。研究表明:子结构试验能真实反映构件在结构中的受力性能和实际端部约束条件;长细比为30、45的试件,其破坏模式介于整体弯曲和局部屈曲之间,局部稳定问题突出;长细比为60的试件,以整体弯扭变形为主。研究为Q460高强角钢的规范制订和工程应用提供了合理依据。     

偏心受压铝合金构件稳定的试验研究

以长细比和荷载偏心率为主要参数,测试了19个H形截面铝合金挤压型材偏心受压试件的稳定承载力,13个试件在受弯平面内发生了整体弯曲屈曲,6个试件在受弯平面外发生了弯扭屈曲。对试验结果进行了分析,并将试验结果与国家标准《铝合金结构设计规范》(报批稿)以及《欧洲铝合金结构设计规范》(EN9)进行了比较。研究表明,对于弯曲屈曲两规范与试验结果均吻合较好,对于弯扭屈曲两规范都偏于安全,且两种情况下我国规范与试验结果均更为接近。     

单角钢压杆的屈曲及稳定计算

在钢结构工程中经常采用等边或不等边单角钢作为轴心受压构件,现行钢结构设计规范(GB50017—2002)提供了等边单角钢压杆的截面类别及稳定计算方法,但对不等边单角钢压杆的规定相对粗糙。本文根据弹性稳定理论和角钢截面特征规律,推导了等边及不等边单角钢轴心受压构件的屈曲条件和长细比简化计算方法,并给出了稳定设计方法。扭转屈曲换算长细比仅与角钢肢宽与肢厚的比值有关,这使得弯扭屈曲换算长细比的计算也进一步简化。经过验证,该方法简单实用,可供工程设计参考。     

轻钢轻混凝土柱轴心受压承载力试验研究

通过6根轻钢轻混凝土柱的轴压试验,研究了不同长细比、含钢率和缀板间距等参数对其轴压承载受力性能的影响.试验结果表明：含钢率一定时,长细比为57.2的轻钢轻混凝土柱发生整体失稳破坏,长细比为40.1和46.7的轻钢轻混凝土柱发生强度破坏,破坏时钢管均发生了局部屈曲;轻钢轻混凝土柱的承载力随含钢率增大而增大,随长细比增大而减小,而缀板间距对轻钢轻混凝土柱的承载力影响不大;轻钢轻混凝土柱与普通混凝土柱的抗压破坏机理和形态基本相似,其轴压承载力可按普通混凝土柱轴压承载力公式计算.     

关于钢结构抗震设计中轴心受压支撑长细比问题的讨论

在简要阐述钢结构稳定理论的基础上,结合有关规范和试验资料,讨论钢结构抗震设计时轴心受压支撑构件的长细比限值及抗震承载力验算时不同钢种的长细比修正问题,指出在弹性屈曲范围的长细比不应进行钢号修正。