高强冷弯薄壁型钢柱畸变屈曲研究

随着冷弯薄壁型钢构件朝着高强、超薄和复杂截面形式的趋势发展,畸变屈曲成了近年来国内外冷弯薄壁型钢结构研究领域的重要课题。在查阅大量文献和已有试验结果的基础上,利用有限元着重研究了不同腹板高度、翼缘宽度、卷边高度、厚度、长度、初始缺陷值大小对高强冷弯薄壁型钢槽形截面轴压构件的屈曲形式和极限承载力的影响。     

冷弯薄壁型钢构件的直接强度法

对冷弯薄壁型钢截面板件屈曲性能进行了研究,提出了直接强度法,对该法的原理、基本概念和设计方法进行了介绍,指出直接强度法可以计算冷弯薄壁型钢板件屈曲后的构件承截力,还可计算畸变屈曲的构件载力。     

新型高强冷弯薄壁型钢的研究总述

介绍了高强冷弯薄壁型钢及其结构的特点及其所带来的问题,介绍并归纳了高强冷弯薄壁型钢的强度、新型截面形式及屈曲模式的研究现状和研究方向及现行国家规范冷弯薄壁型钢GB 50018—2002中的不足,希望对其在我国的研究和应用有所裨益。     

冷弯薄壁型钢C型构件压弯屈曲机理与滞回模型研究

对冷弯薄壁型钢C型构件进行竖向常轴力作用与水平循环荷载同时作用下的加载试验,以探索冷弯薄壁型钢C型构件滞回性能特点以及轴压比、截面宽厚比等参数对试件破坏行为的影响。基于截面应力分布规律和薄板屈曲理论,提出格构机理模型,试验和数值模拟结果验证了该模型的合理性;采用数值模拟方法,分析薄壁构件压弯屈曲机理,获得薄壁C型构件滞回曲线特征,总结影响其滞回性能的关键影响参数。研究表明:大轴压比对试件滞回性能有极大的削弱作用;过早出现的局部屈曲是薄壁C型构件破坏的关键原因;提出的滞回模型能够体现局部屈曲对构件滞回性能的影响。     

冷弯薄壁型钢受弯构件整体弯曲变形直接计算方法研究

对于冷弯薄壁型钢构件来说,目前的国外设计规范大多采用有效截面法来考虑局部屈曲对构件变形的影响.由于冷弯薄壁型钢构件的板件宽厚比较大,在正常使用阶段除了发生局部屈曲之外还可能发生畸变屈曲,从而影响构件的变形性能.通过探索一种无需求解构件的有效截面特性,利用全截面直接求解受弯构件整体弯曲变形的计算方法(简称“直接变形法”)...     

开长圆孔轴压构件畸变屈曲承载力试验

对26根腹板开长圆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。利用现行国家规范GB50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、北美冷弯钢结构构件设计规范AISI S100-2012计算构件承载力及非线性有限元数值模拟结果与试验结果进行分析比较。在此基础上,对腹板开长圆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长圆孔构件的畸变屈曲稳定承载力。     

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件试验研究及承载力分析

对63根屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件进行试验研究,分析了构件的屈曲模式和极限承载力,并将参考AISI规范、澳洲规范和北美规范及我国现行行业标准《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（报批稿）计算的构件承载力与试验结果进行分析比较。在此基础上,对高强超薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件的承载力合理计算模式进行研究。结果表明：高强超薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件在宽厚比较大时会出现畸变屈曲模式;采用等效板件方法计算加劲板件有效宽度后,我国《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（报批稿）适用于屈曲强度550MPa、厚度小于2.00mm的冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件承载力计算。     

冷弯薄壁卷边H型钢受弯构件局部屈曲分析

采用有限条软件CUFSM对200种不同截面几何参数的冷弯薄壁卷边H型钢在荷载作用下的局部屈曲应力进行计算,并利用构件的屈曲应力分析了不同的卷边宽厚比、截面宽高比、腹板高厚比、翼缘宽厚比对冷弯薄壁卷边H型钢局部屈曲性能的影响。在此基础上,提出了适用于求解冷弯薄壁卷边H型钢在荷载作用下局部屈曲应力的简化计算式,并将简化公式计算的结果与有限条法计算的结果进行对比,表明所提出的简化计算式具有很好的适用性和精确性。     

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。     

冷弯型钢受弯构件非弹性屈曲试验

对名义厚度为2mm的30根冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受弯构件进行非弹性屈曲试验研究,为了保证试件在非弹性阶段屈曲,试件整体弯曲屈曲应力大于三倍的材料屈服强度。试验结果表明冷弯薄壁型钢受弯构件在非弹性阶段会出现板件的局部屈曲以及构件的整体屈曲相关作用,我国现行规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》计算受弯构件在非弹性阶段的承载力过于保守,需对冷弯薄壁型钢受弯构件非弹性阶段承载力计算方法进行修正。     

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。     

考虑畸变屈曲的冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件设计可靠度分析

基于已有的冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件承载力试验研究结果,对不同牌号冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件考虑畸变屈曲的有效宽度法承载力计算模式不定性进行了分析,并统计了冷弯薄壁型钢强度不定性和几何特性不定性。在此基础上,采用改进一次二阶矩方法,按《冷弯型钢结构技术规范》(修订稿)的抗力分项系数要求,计算了不同牌号冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受压构件在不同可能荷载组合下的可靠指标。结果表明:对于LG550、S350、S280冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受压构件,按《冷弯型钢结构技术规范》(修订稿)的抗力分项系数计算得到的可靠指标均能满足目标可靠指标的要求,证明了所采用的考虑畸变屈曲的有效宽度法计算构件承载力的适用性。     

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。     

冷弯薄壁型钢构件畸变屈曲研究现状

冷弯薄壁型钢开口截面构件受力过程中除出现局部屈曲和整体屈曲外,还可能出现另外一种畸变屈曲模式,畸变屈曲以及其与局部屈曲、整体屈曲的相关作用会降低构件的极限承载力,改变构件的受力性能。介绍了畸变屈曲的特点和性能,总结了国内外冷弯薄壁型钢构件畸变屈曲试验与理论研究成果,并对北美规范、澳洲规范、欧洲规范、英国规范以及我国规范关于畸变屈曲的设计计算方法进行了归纳介绍,最后在分析的基础上总结了畸变屈曲研究目前尚需解决的问题。     

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面偏压构件试验研究及承载力分析

进行了48根屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面偏心受压构件试验,考虑了不同截面形式、厚度、长细比和荷载偏心方式的影响,研究了这类偏心受压构件的破坏模式、承载力影响因素以及构件承载力计算方法。结果表明：高强冷弯薄壁型钢偏压构件由于材料强度高,截面宽厚比较大,局部屈曲和畸变屈曲的影响较大,我国规范仅考虑了局部屈曲的影响而没有全面考虑畸变屈曲的影响,这使得部分发生畸变屈曲的试件计算结果偏于不安全,但又对不发生畸变屈曲的长细比较大的构件偏于保守。最后,在试验和现有规范方法比较分析的基础上,提出了一种适用于高强冷弯薄壁型钢偏压构件极限承载力的建议计算方法。该建议方法计算所得结果与试验结果吻合较好,且安全可靠,可供设计参考。     

基于ECBL理论的冷弯薄壁型钢柱相关屈曲研究

为研究冷弯薄壁型钢柱的相关屈曲,介绍了一种分析柱构件相关屈曲的方法——临界分叉荷载侵蚀理论(ECBL理论)。该方法考虑了试件在截面屈曲(局部屈曲或畸变屈曲)和整体屈曲(弯曲屈曲、扭转屈曲或弯扭屈曲)相互作用下的稳定极限承载力,通过评估、量化构件的侵蚀因子和缺陷因子使Ayrton-Perry方程表示的屈曲曲线适用于冷弯薄壁型钢构件的相关屈曲分析。利用此理论对我国既有的部分冷弯薄壁型钢柱试验数据和有限元分析结果进行了处理,提出了对应的相关屈曲曲线。     

冷弯型钢受弯构件局部屈曲滞回性能分析

为研究冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受弯构件局部屈曲滞回性能,采用有限元软件Abaqus的塑性壳单元建立了有限元滞回分析模型,考虑了几何和材料非线性,通过与试验结果比较表明有限元模型是正确可行的.采用有限元模型对CUFSM软件所选取腹板宽厚比为210、230、250的三种冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受弯构件在低周反复荷载作用下的滞回性能进行分析.结果表明随着腹板宽厚比的增加,构件的极限承载力逐渐减少、延性逐渐降低、刚度退化一致且较快.研究结果对冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受弯构件的工程应用以及钢结构抗震设计规范具有一定的参考作用.     

冷弯型钢受弯构件局部屈曲滞回性能分析

为研究冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受弯构件局部屈曲滞回性能,采用有限元软件Abaqus的塑性壳单元建立了有限元滞回分析模型,考虑了几何和材料非线性,通过与试验结果比较表明有限元模型是正确可行的.采用有限元模型对CUFSM软件所选取腹板宽厚比为210、230、250的三种冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受弯构件在低周反复荷载作用下的滞回性能进行分析.结果表明随着腹板宽厚比的增加,构件的极限承载力逐渐减少、延性逐渐降低、刚度退化一致且较快.研究结果对冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受弯构件的工程应用以及钢结构抗震设计规范具有一定的参考作用.     

冷弯型钢结构研究进展（英文）

冷弯型钢构件具有重量轻、强度高、易于预制和量产、安装快、可回收利用等优点。冷弯型钢结构体系主要由墙体系统、楼盖系统和屋面系统组成,已在美国、澳大利亚和新西兰等国广泛应用。而我国冷弯型钢结构设计规范尚需完善,加之"人多地少"的国情,发展多高层冷弯型钢结构体系势在必行。通过理论分析和试验研究,对冷弯型钢结构体系进行深入研究,研究方向涵盖冷弯薄壁型钢基本构件和拼合构件的受力性能、组合墙体的抗侧性能、组合楼盖的承载力、刚度和舒适度以及整体房屋的抗震性能,相关研究成果如下:1)采用半能量法深入研究了板组屈曲的相关作用问题,建立了边缘加劲板件有效宽厚比设计方法;揭示了冷弯薄壁型钢轴压柱的破坏特征和力学性能,建立了简支、固支轴压柱畸变屈曲临界荷载的统一分析方法,提出了临界荷载计算理论;修正了澳大利亚标准AS/NZS 4600∶2005和我国标准JGJ 227—2011中畸变屈曲极限承载力的计算公式。2)揭示了双肢拼合冷弯薄壁型钢轴压柱和受弯梁的破坏特征和受力机理,提出了冷弯薄壁型钢拼合截面柱和梁极限承载力的简化计算方法。3)揭示了传统冷弯薄壁型钢组合墙体和冷弯薄壁型钢—钢板剪力墙水平荷载作用下的受力机理、破坏模式和力学性能,建立了冷弯薄壁型钢组合墙体的理论分析方法。4)揭示了冷弯薄壁型钢组合楼盖在竖向荷载、水平荷载及振动激励下的受力机理、破坏模式和力学性能,提出了冷弯薄壁型钢组合楼盖的设计计算方法。5)揭示了冷弯薄壁型钢住宅房屋在地震荷载作用下的破坏特征、动力特性及地震响应,建立了低、多层冷弯薄壁型钢结构体系的有限元分析方法,提出了抗震设计计算方法和抗震构造措施。6)揭示了冷弯薄壁型钢拼合截面柱在火灾下的受力机理、破坏模式和力学性能,建立了理论分析方法、简化力学模型和设计计算理论。研究成果已被国内相关设计规范采用,可以用于指导实际工程设计。笔者及团队后续研究工作将聚焦于冷弯薄壁型钢结构多层房屋关键技术及其应用,以推动装配式钢结构房屋在中国的应用。     

冷弯型钢受弯构件非弹性承载力设计

针对冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受弯构件非弹性屈曲设计方法进行研究。在名义屈服强度235MPa的30根冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受弯构件试验的基础上研究,通过承载力计算对比分析,提出了基于有效宽度法的受弯构件非弹性屈曲承载力的计算方法,通过与试验结果以及北美冷弯薄壁型钢结构技术规范计算结果进行对比,表明建议计算方法能够较好的考虑受弯构件在非弹性阶段承载力的提高作用。