高强Q690钢柱高温下轴心受压局部稳定设计方法

局部屈曲是钢结构构件的一种破坏模式,钢结构发生局部屈曲破坏时,屈曲应力小于钢材的屈服强度。为了研究高温下高强Q690钢柱的局部稳定性能,采用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,模型采用其他学者完成的Q460钢柱轴心受压局部屈曲试验进行验证,考虑宽厚比、温度、初始缺陷、残余应力和翼缘与腹板之间相互作用的影响,对高强Q690钢柱进行参数分析。研究结果表明：宽厚比对局部屈曲有显著影响,宽厚比的增大导致试件极限承载力的降低;初始缺陷和残余应力对局部屈曲应力有较大影响,且试件的极限承载力随着温度的升高而明显下降。基于有限元分析结果提出了适用于高强Q690钢柱高温下的局部稳定设计方法和宽厚比限值,并与GB 50017-2017、Eurocode 3和ANSI/AISC 360-10中的设计方法进行了比较。     

钢管填充混凝土后屈曲承载力分析

为了研究钢管填充混凝土后钢管的力学性能,同时分析钢板的初始几何缺陷、残余应力及钢板屈曲后强度对填充混凝土后钢管的影响,采用大型有限元分析软件建立分析模型,并通过理论分析结果和实验结果的对比验证理论分析的正确性,在此基础上进行大量分析.研究结果表明:钢管混凝土中钢管的相对宽厚比≤50时,钢板在达到极限承载力之前没有屈曲现象产生;当相对宽厚比>50后,钢板会出现局部屈曲从而降低板件的承载力.钢板的初始几何缺陷和残余应力在一定程度上降低了大宽厚比下钢板的屈曲承载力,钢板屈曲后强度的存在明显提高了大宽厚比下钢板的屈曲承载力.通过分析给出了大宽厚比下钢管混凝土中钢板的承载力简化计算公式,可用于具体工程设计.     

钢管填充混凝土后弹性与弹塑性屈曲分析

采用有限条法分析了方钢管填充混凝土后的弹性及弹塑性屈曲性能,考虑了钢板受均匀压应力作用和应力梯度变化两种工况,计算了钢板的临界屈曲应力,分析了残余应力对临界屈曲应力的影响.结果表明:当截面相对宽厚比低于30时,钢管内部填充混凝土并不能提高钢管的屈曲承载力;截面宽厚比超过30以后,随着截面宽厚比的增加,钢管内部填充混凝土后对钢管承载力的提高幅度越来越大,承载力提高幅度最大为空钢管承载力的2.58倍;并能有效提高钢板的抗弯屈曲承载力;残余应力的存在使得钢板在弹性和弹塑性阶段的屈曲承载力降低,残余应力越大,临界屈曲应力越低.     

轴压下大型薄壁圆柱壳的稳定性研究

承受轴向和周边径向压力的大型薄壁钢柱壳结构的稳定性分析是一个十分复杂的问题.根据理想壳体结构的屈曲平衡方程得出的临界应力,结合德国和我国的设计规范,通过有限单元法研究了初始缺陷、环向加劲肋间距、大开孔对薄壁圆柱壳稳定性的影响.结果表明:初始缺陷可使薄壁柱壳的极限屈曲应力降低至理想壳体临界应力的1/4以下;环向加劲肋间距的减小能够使得壳体极限屈曲应力显著增加,进而大大地提高了壳体的轴向承载力;大开孔的存在严重削弱了壳体的整体稳定性.上述结论对于薄壁柱壳的稳定性分析具有一定的理论意义和实用价值.     

预应力撑杆柱整体稳定性能的数值分析

在正确定义单元类型、实常数和边界条件等基础上,采用有限元分析软件ANSYS建立预应力撑杆柱的有限元模型,对单横隔预应力撑杆柱在平面内的对称和反对称的2种屈曲模态进行数值分析。采用有限元软件ANSYS对预应力撑杆柱和无预应力柱进行弹性屈曲分析并与已有文献的分析结果进行对比以验证有限元模型的正确性;对预应力撑杆柱进行扩展参数分析,分析预应力撑杆柱的横撑杆长度h、预应力T及横撑杆直径D_s等主要影响参数对其弹性屈曲荷载的影响。研究表明:当预应力撑杆柱发生对称屈曲时,其弹性屈曲荷载N_cr随着横撑杆长度h的增大而增大,与横撑杆直径D_s无关;当预应力撑杆柱发生反对称屈曲时,其弹性屈曲荷载N_cr随着横撑杆直径D_s的增大而增大,而横撑杆长度h对其影响较小;预应力撑杆柱的2种屈曲模态的弹性屈曲荷载N_cr随着预应力T的增大而增大,当预应力T超过某个临界最优值T_opt时,弹性屈曲荷载N_cr随着预应力T的增大而减小。     

工字形组合截面梁腹板的局部屈曲

为正确预测工字形组合截面梁的承载力,针对其腹板的局部屈曲问题进行了数值分析和试验.有限元分析表明梁腹板会在集中荷载下方发生局部屈曲或对无加劲肋的梁会在支座处发生局部屈曲.同时表明,正应力与剪应力基本呈线性关系,腹板上边缘处的局部压应力并不显著影响腹板的屈曲.采用硅橡胶制作模型梁,进行腹板屈曲试验,证明了数值分析结果的正确性.经对计算结果回归分析,给出了腹板屈曲计算公式的一种新形式.     

均匀轴压圆柱薄壳的稳定性分析

采用解析法、线性和非线性有限元法对均匀轴压圆薄壳的稳定问题进行了分析,就本算例而言,三种方法所得的初始屈曲荷载是近似相同的。非线性有限元分析显示,在后屈曲阶段的荷载位移曲线上形成了一段近似水平的曲线,与之对应的是一近似常量的后屈曲承载力通过对以往实验数据的统计分析,得到了计算屈曲力的经验公式,其结果经与非线性有限元法的分析结果比较,初步发现试验得到的圆柱壳的后屈曲应力而非其初试屈曲应力,从而得到了     

方形薄壁钢管混凝土柱管壁的宽厚比限值

方形薄壁钢管在内部填有混凝土后,其局部屈曲承载力有所提高．通过对方钢管与混凝土相互作用的分析,得出薄壁钢板在双向应力下的临界屈曲系数．计算结果表明,该临界屈曲系数随着薄壁钢板宽厚比的减小而略有增大,并保持在10.0左右．从而可以确定方形薄壁钢管混凝土柱管壁的宽厚比限值b／t．     

腹板开孔冷弯薄壁钢轴压构件畸变屈曲承载力试验研究

对26根屈服强度235MPa腹板开圆孔冷弯薄壁型卷边槽钢截面轴压构件进行畸变屈曲承载力试验研究,分析了构件屈曲模式和极限承载力,采用国家规范GB50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》计算构件承载力、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畸变屈曲模式;腹板开孔在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方法可计算开孔构件的畸变屈曲稳定承载力。     

层板胶合木拱的蠕变屈曲

目的研究蠕变对层板胶合木拱的稳定承载力的影响规律．方法通过建立层板胶合木的蠕变本构模型,推导应力-应变的迭代计算公式,结合ABAQUS有限元软件,编制描述胶合本蠕变行为的用户材料子程序UMAT,提出判断拱发生蠕变屈曲的双重条件,用有限元法分析不同跨度、矢跨比和截面规格的层板胶合木拱的蠕变屈曲特性．结果得到了层板胶合木拱的荷载水平与蠕变屈曲临界时间呈指数衰减的关系．当荷载水平为40％时,蠕变屈曲临界时间接近15N;当荷载水平为35％时,蠕变屈曲临界时间增大到接近60N;蠕变屈曲承载力-临界时间曲线在35％的荷载水平处出现一条水平渐进线,荷载水平在35％以下,木拱不会发生蠕变屈曲．结论层板胶合木拱蠕变屈曲临界时间只与荷载水平相关,不受跨度、矢跨比和截面规格的影响．胶合木拱的长期稳定荷载为瞬时稳定荷载的35％．     

薄柔H形截面钢构件短柱轴压试验研究

随着轻钢结构的推广与应用,具有良好经济效益和环保性能的薄柔H形截面钢构件在轻量化低多层钢框架体系中的应用受到广泛关注.为研究薄柔H形截面钢构件的轴向力学性能,以宽厚比作为主要控制参数调整板件的相对强弱关系,采用Q355B钢材设计制作了6根焊接H形截面短柱,并对其进行了轴压试验.分析了试件的破坏过程、屈曲特征、延性以及极限承载力等.试验结果表明：不同宽厚比组配下H形截面钢构件局部屈曲特征差异明显,而局部屈曲特征直接影响了板件的应力发展;同时构件的延性与宽厚比组配直接相关,呈现两种典型特征;规范ANSI/AISC360-16对于薄柔H形截面轴压构件的计算结果偏于保守,合理的宽厚比组配下薄柔H形截面钢构件具有较强的屈曲后承载力.     

带肋中空夹层方钢管混凝土柱轴压性能的试验研究

由于普通钢管混凝土柱容易出现局部屈曲等问题,近年来,出现了在钢管混凝土内设置加劲肋的新型组合柱的应用与研究,期望通过结构形式的变化改善钢管混凝土的力学性能。作者研究了不同加劲肋类型对钢管混凝土柱的力学性能的影响。本试验设计了单肋、三角形肋、方形肋3种加劲肋形式和不同长细比的中空夹层方钢管混凝土,对其进行了轴心抗压试验。采用数字图像相关法对试件进行了全场应变监测和分析,同时,研究和分析了加劲肋形式对其极限承载力、延性、局部屈曲、荷载位移的影响。试验结果表明,不同长细比试件产生局部屈曲的位置最容易发生在其长度的1/8处至端面范围内或者距离端面1/8处至3/8处范围内。相较于无肋中空钢管混凝土,带肋试件的延性明显提高,其中,采用三角形肋的试件的延性平均提高了76%,但其承载力有不同程度的下降。对试件的极限承载力进行了预测,计算结果与试验结果吻合较好。     

单轴对称薄壁钢压柱局部和整体相关作用

通过27根剖分T型钢压杆试验,借助通用有限元软件对单轴对称钢压杆的整体与局部相关屈曲做了计算分析,分析时考虑了残余应力、几何和材料的非线性等因素的影响.分析结果表明,畸变变形不容忽视,整体分析时应考虑局部屈曲和畸变屈曲的影响,三者不宜分开考虑.按照等稳定原则设计,薄壁构件对初始缺陷较为敏感,整体和局部相关作用明显.     

异形截面轴心受压铝合金构件屈曲性能试验研究

采用试验与数值模拟相结合的方法,研究了异形截面铝合金受压杆件的屈曲破坏模态和屈曲承载力问题,并将试验结果、数值模拟结果以及《铝合金结构设计规范》中相关公式的计算结果进行了对比。结果表明,数值模拟结果与试验结构吻合较好,证明了有限元模型的正确性,并可采用该模型进行异形截面铝合金构件屈曲性能参数分析;规范所研究异形截面铝合金构件没有区分屈曲破坏类型的影响,屈曲承载力的计算结果偏小。     

矢跨比对加劲球壳弹性屈曲性能的影响

加劲球壳的承载力取决于整体稳定性。由于加劲球壳属于各向异性壳,影响其屈曲性能的因素较多,至今没有统一的方法获取其整体失稳时的临界荷载。矢跨比是球壳结构屈曲性能分析中的关键因素之一,文中针对矢跨比对加劲球壳弹性屈曲性能的影响进行分析。先利用ABAQUS软件对球面薄壳进行屈曲分析,验证有限元分析的可靠性;再建立跨度恒定矢高变化的加劲球壳的有限元缩尺模型,分析弹性屈曲临界荷载与矢跨比之间的关系。研究结果表明,当环向与经向加劲肋间距比值在2.55-3.65范围内,屈曲临界荷载与矢跨比呈正相关关系。有效地增大矢跨比有利于提高其整体稳定性。     

N型圆钢管加强节点的试验研究与数值模拟

对承受支管轴力和主管轴力的N型圆钢管相贯节点(JD-A)、主管填充混凝土节点(JD-B)试件进行了极限承载力对比试验.综合比较了两种节点在破坏模式、受压支管轴力-主管管壁变形关系、主管管壁等效应力分布和极限承载力等方面的差异.研究结果表明,对主管填充混凝土能显著提高节点极限承载力.通过计算可知,试验极限承载力与有限元结果的比值在1.02左右,JD-A试件的试验结果与我国规范公式承载力计算结果的比值为1.04.     

高强钢焊接薄腹矩形管截面压弯构件平面内的极限承载力

本文采用ANSYS有限元软件建立模型分析了高强钢(名义屈服强度为460 MPa)腹板高厚比超限的焊接矩形管截面偏压构件的极限承载力,以及构件长细比、腹板高厚比、翼缘宽厚比和相对偏心率对极限承载力的影响,提出腹板高厚比超限高强钢压弯构件平面内极限承载力计算公式.研究表明:考虑初弯曲和残余应力影响的双重非线性有限元模型能够很好地模拟高强钢焊接箱形截面偏心受压构件的局部-整体相关屈曲;高强钢薄腹矩形管截面压弯构件平面内无量纲化极限承载力Pu/(Afy)与构件长细比、腹板高厚比和翼缘宽厚比近似为线性关系;高强钢薄腹矩形管截面偏压构件的轴力和弯矩相关曲线近似为直线;按边缘纤维屈服准则推导的公式经过修正之后可用于计算高强钢压弯构件局部-整体相关屈曲的极限承载力.     

半刚性节点取值对高大模板支撑体系极限承载能力的影响

随着经济的发展,扣件式模板支架应用的越来越广泛。然而由于施工缺陷扣件式模板支架的直角扣件达不到进一步相应规范要求,由此引发的安全事故越来越严重。直角扣件是介于刚接和铰接的半刚性节点,资料表明半刚性节点的取值对其极限承载力有一定的影响。文中运用特征值屈曲分析,结合数值分析方法,进一步探究与极限承载力的关系。研究表明,拧紧力矩较小时,初始转动刚度值的变化对承载力影响非常显著,性扣件式模板支撑体系的极限承载力值随半刚性值的增大呈非线性增大。     

多钢种混用工字钢梁抗弯极限承载力研究

以受弯构件弯扭屈曲理论作为理论基础,对25根上翼缘加强型单轴对称混用工字钢梁及相同跨径与截面尺寸的匀质钢梁进行极限承载力有限元计算,研究多钢种混用钢梁同匀质钢梁在破坏模式、极限承载力等方面的差异性.对有限元计算结果进行回归分析,得出了可用于设计的临界弯矩计算公式.研究结果表明,合理采用混用钢梁的构造理念,可以在满足承载力要求的同时优化钢材搭配,降低工程造价,做到物尽其用.     

大型内悬浮外拉线抱杆的数值模拟

对40 m全钢内悬浮式抱杆建立有限元模型,对其进行静力分析和屈曲分析,获得抱杆结构各个部位的应力应变分布及弹性特征屈曲荷载和屈曲模态,从而全面了解抱杆结构的受力及弹性稳定性能,进而判定此抱杆结构能否满足工程应用需要,为全面研究其弹塑性稳定极限承载能力和工程设计提供参考。