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。     

薄壁构件整体稳定性的有限元模拟

对薄壁构件整体稳定性分析中的薄壁梁单元和壳体单元两种有限元模型的特点进行了讨论,并提出一种新的适用于薄壁构件整体稳定分析的壳体单元模型,该模型可以有效消除各种局部屈曲模态的影响.采用通用有限元软件ANSYS,分别利用壳体单元模型和薄壁梁单元模型,分析了双轴对称截面梁、单轴对称截面梁、轴心受压构件、压弯构件和变截面梁的稳定性,通过与经典解或已有研究结果的比较对有限元模型的可靠性以及存在的问题进行了讨论.通过分析,发现ANSYS的薄壁梁单元模型不能用于分析单轴对称截面梁和压弯构件的弯扭屈曲,同时在分析变截面薄壁构件的稳定性时可能产生较大的误差;常用壳体单元模型可能由于截面的局部屈曲模态不能得到整体屈曲的临界荷载;提出的壳体单元模型可以精确模拟薄壁构件的整体稳定性.此外,提出的壳体单元模型不仅可以用于分析薄壁构件的整体稳定性,也可以作为检验薄壁构件整体稳定理论正确性的重要依据.     

考虑重力条件下高薄壁桥墩弹性稳定性分析

基于乌曼斯基的闭口截面薄壁杆件约束扭转理论,利用功能原理,导出闭口薄壁杆件约束扭转应变能公式,根据最小势能原理,用瑞利-里兹法对闭口薄壁桥墩稳定性进行分析,导出了考虑自重条件下桥墩的稳定计算公式,该法概念明确、简便易行,可供工程设计者参考、使用。     

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。     

现行规范对高强复杂加劲冷弯构件力学性能适用性研究

目的研究《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)对G550级高强复杂加劲冷弯薄壁钢材的适用性,提出计算其承载力的修正系数.方法对17根壁厚均为1.1 mm的G550高强钢材进行试验和理论计算,分析高强新型冷弯箱型组合截面受弯构件力学性能.结果无论试验受弯极限承载力或是理论受弯极限承载力,DS1型截面构件均比DS2型截面构件提高近20%;试件的合理高宽比为2~4;对于DS1型截面构件建议不折减,对于DS2型截面构件建议采用0.8的折减系数.结论现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)对G550级高强复杂加劲构件基本适用,对于新型高强冷弯薄壁型钢梁的受弯极限承载力一般情况下要大于规范给出的理论受弯极限承载力.不同的截面构件所适合的折减系数不同,工程设计可根据构件截面的情况决定是否折减.     

卷边薄壁槽钢偏压构件直接变形计算方法

为建立薄壁构件整体弯曲变形的简化计算方法,针对对称轴平面内偏心受压的单轴对称冷弯薄壁型钢构件在弯矩作用平面内的整体弯曲变形,开展了直接变形计算方法(DDM)的探索性研究.分析了荷载偏心距、构件长度、壁厚等参数对截面高宽比为2.0的直角卷边槽钢、斜卷边槽钢和复杂卷边槽钢偏压构件整体弯曲变形的影响.结果表明:参数对整体变形的影响各不相同,尚未找到较为一致的规律将它们综合考虑后建立统一的DDM简化计算公式.对其中部分情况下偏压构件整体变形的直接计算方法进行了初步探索,并提出了相应的变形计算建议公式.     

U型薄壁RC受扭构件非线性分析模型及应用

为实现混凝土U型薄壁受扭构件的非线性力学性能分析,本文基于Vlasov开口薄壁结构弹性理论、变角空间桁架模型和微分方程数值解法,提出了钢筋混凝土U型薄壁构件受扭非线性分析模型.针对开口薄壁受扭构件同时存在自由扭转和翘曲扭转的特点,分别推导了U型薄壁截面自由扭转和翘曲扭转非线性刚度分析模型,进而建立了开口薄壁构件受扭非线性分析模型.所提出的受扭非线性分析模型同时考虑了混凝土和钢筋的材料非线性特性、开口薄壁构件的几何非线性特性和自由扭转与翘曲扭转的耦合效应.利用所提出的受扭非线性分析模型编制相应的分析程序,并对5个U型薄壁钢筋混凝土构件进行受扭全过程分析,分析结果与5个U型薄壁钢筋混凝土受扭构件的试验结果均吻合较好,从而验证了所提出的U型薄壁钢筋混凝土构件受扭非线性分析模型的正确性.所提出的受扭非线性分析模型具有计算简单和分析精度较高的特点,可进行混凝土U型薄壁桥梁受扭非线性分析并为该类桥梁的工程设计提供参考.     

冷弯新型箱形组合截面受压构件性能研究

为进一步优化冷弯截面的设计,并基于箱形截面具有双轴对称、抗弯扭刚度大的特点,应用冷弯∑形截面构件两两组合点焊,提出两种新型箱形组合截面——翼缘对焊箱形组合截面和翼缘叠焊箱形组合截面.采用非线性有限元的分析方法,通过对两类箱形组合截面及其单一加劲参数变化条件下轴压构件的屈曲模式、变形过程、荷载-位移关系曲线、应力-应变关系曲线等方面的研究,全面分析了两种新型截面构件的屈曲性能和受力性能.将两种新型截面构件与具有相同外形尺寸的单肢C形腹板加劲构件进行了截面平均应力、屈曲模式等方面的性能比较,证明两种新型截面构件与其单肢开口截面构件相比具有显著提高截面平均应力、构件刚度大,构件整体变形小等.     

RL型截面冷弯薄壁型钢的畸变屈曲荷载算式

为了对RL型截面冷弯薄壁型钢的畸变屈曲作进一步研究,以既有研究成果为基础,根据广义梁理论推导了两端简支和固支边界条件下RL型截面冷弯薄壁型钢的畸变屈曲荷载计算式.通过求解矩阵的广义特征值,利用推导的算式计算RL型截面型钢构件在轴压、绕弱轴和强轴弯曲下的畸变屈曲荷载和屈曲半波长,并与有限条软件CUFSM分析结果和既有理论公式的解相比,结果表明所得算式具有较高的精度.公式推导过程和结论可以为工程设计和进一步研究中计算畸变屈曲荷载提供参考.     

冷弯薄壁C型钢柱稳定性分析

通过对选定截面冷弯薄壁C型钢轴心受压柱的在不同柱高与边界条件下的有限元模拟分析,证实运用壳单元Shell181分析单轴对称构件的受力特性是合适的.分析结果表明,不同的边界条件对失稳模态发生次序有一定影响.限制端部的翘曲可明显提高构件的弯扭承载力.根据对不同截面C型钢进行的局部失稳模拟,结果与国内外规范的对比表明我国现有规范对板件局部屈曲计算过于保守.板件的厚度对构件的局部屈曲承载力有很大影响.分析结论成果为该类构件设计以及更深入的研究提供参考.     

考虑板组效应对矩形薄壁构件截面承载力的影响

推导了薄壁构件相邻板件之间的约束关系,介绍了我国《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）考虑板组效应的计算方法,并以矩形薄壁构件为基础,在不同的宽厚比要求下,运用我国规范计算方法,经过计算对比其有效截面面积,考虑板组效应对矩形薄壁构件截面承载力的影响．     

考虑畸变的开口薄壁构件变形方程及其应用

为简化考虑截面畸变的薄壁杆件力学分析,提出一种把薄壁杆件拆分为两个较简单的部分分别分析、按需综合的方法。该文重点探讨截面畸变变形的效应分析：首先基于薄板小挠度弯曲理论,建立矩形板条的面外弯曲变形方程,然后适当简化截面畸变的变形形式和平衡条件,实现反映开口薄壁杆件畸变和扭转性能的“板件面外弯曲综合抗力体系”分析,最后与另文探讨的薄壁杆件“板件面内拉弯综合抗力体系”的分析进行综合,建立考虑截面畸变的开口薄壁杆件常微分变形方程。与目前较为常用的广义梁理论及有线条法相比,该方法无需进行截面正交分析或假定变形沿杆长的分布。为提高方法的实用性,文中还基于该变形方程,探讨了薄壁杆件单元刚度方程等矩阵位移法诸实现要件,据此编制的通用程序计算结论与基于壳单元的ANSYS软件算例结论吻合良好。     

空腹箱形梁的整体稳定性分析

本文采用等效厚度的方法将加缀板的空腹箱形梁转换为闭口薄壁截面梁.按照乌曼斯基的理论,建立了闭口薄壁梁的侧扭屈曲总势能方程;从总势能驻值原理出发,导出了一个适用于各种荷载与各种支承条件的薄壁截面梁的临界弯矩表达式。     

基于哈密顿体系的薄壁型钢构件的整体稳定性分析

根据薄壁杆件弯扭耦合变形的经典理论,建立了轴心压力作用下的薄壁型钢构件的弯扭稳定分析的计算模型,导出了拉格朗日函数和拉格朗日方程;并引入对偶变量,导出哈密顿函数,将问题导入哈密顿对偶求解体系,建立型钢构件稳定问题的哈密顿正则方程,最后利用混合能的精细积分法及二分法求出临界荷载。本方法思路清晰,计算精度高,可推广应用于变截面构件的稳定性分析。     

G550高强冷弯薄壁槽钢受弯构件力学性能与设计方法

为了研究高强冷弯薄壁槽钢受弯构件的力学性能和设计方法,对3种板件加劲形式的G550高强冷弯薄壁型钢槽形截面受弯构件进行了试验研究和有限元参数分析。结果表明,板件加劲形式对高强冷弯薄壁槽钢受弯构件屈曲模式和受弯承载力有显著影响,翼缘V形加劲比腹板V形加劲能够更有效地提高构件抗弯承载力,构件抗弯承载力的变化规律与屈曲模式有关。根据有限元参数分析结果,在已有直接强度法基础上回归出适用于高强冷弯薄壁槽钢受弯构件的直接强度法修正公式。     

开孔冷弯薄壁型钢柱弹性畸变屈曲分析

为方便生活辅助设施在墙体中通过,常在低层轻钢住宅结构中采用开孔冷弯薄壁型钢柱作为承重构件形式。近年来,许多学者对冷弯薄壁型钢构件畸变屈曲稳定问题开展了大量的研究工作。目前关于开孔柱构件弹性畸变屈曲应力计算方法是柱构件稳定性能研究亟待解决的关键问题。本文采用有限元方法与有限条方法相结合的手段,提出了基于全截面厚度折减的有限条分析方法及适用于设计规范的弹性畸变屈曲应力计算公式。分析表明：提出的相关计算方法可以用于开孔柱构件弹性畸变屈曲应力的计算。     

冷弯薄壁钢类椭圆截面轴压构件设计方法

为研究冷弯薄壁钢空心类椭圆截面轴心受压构件的有限元数值模拟及设计方法,考察了现行冷弯薄壁钢结构设计规范中的有效宽度法对该类型截面构件的适用性．采用Abaqus建立冷弯薄壁钢空心类椭圆该模型可以准确地模拟此类构件的力学性能截面轴心受压构件的非线性有限元数值模型．有限元模型计算结果与试验结果的比较表明,该模型可以准确地模拟...     

具有圆弧形诱导凹槽薄壁圆管抗撞性分析

为了提高薄壁构件抗撞性,本文采用Hypermesh软件建立圆截面薄壁构件和具有圆弧形诱导凹槽结构的有限元模型,并应用非线性有限元软件Ls-dyna对其抗撞性进行了数值模拟分析.研究在轴向冲击载荷下均匀分布诱导凹槽结构对薄壁构件吸能性和最大峰值冲击载荷的影响,并对两种结构的抗撞性进行了比较,数值计算结果表明设置的诱导凹槽结构在不影响薄壁构件吸能能力的情况下,能够显著降低最大峰值冲击载荷.     

开口薄壁柱弯扭屈曲时的Wagner效应问题研究

针对弯扭屈曲这种空间失稳形式,基于囊括“平面弯曲理论”和“约束扭转理论”的“泛义弯曲理论”,揭示出薄壁构件弯扭屈曲时的三维空间变形可简化为绕转动中心轴转动的本质;并从双力矩的概念出发,澄清了Wagner效应及系数的概念,即Wagner效应实质上是构件变形时横截面上的正应力所产生的附加双力矩效应,相应地,Wagner系数就是单位变形时横截面上产生的双力矩;提出利用图乘法计算Wagner系数的新思路;按照新方法对开口三板型截面薄壁柱进行计算,从计算结果中揭示出Wagner效应的诸多力学特性及工程应用价值.     

冷弯薄壁方钢管混凝土柱的非线性有限元分析

为了研究设肋方式、钢管厚度、钢材强度和混凝土强度对冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱力学性能的影响,本文采用ABAQUS有限元程序,对冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱进行非线性有限元分析,计算和分析了冷弯薄壁方形钢管混凝土组合柱轴压时的荷载-变形全过程关系曲线。给出了有限元计算中钢材和混凝土本构关系模型、钢管及其核心混凝土之间界面模型等确定方法,分析在轴压作用下四种不同截面形式的冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱的力学性能和破坏模态,理论计算结果与试验结果吻合较好。研究表明,设肋能有效改善冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱的力学性能,与不带肋截面钢管混凝土构件相比,四边肋截面钢管混凝土构件的轴压承载力提高了9.4%~14.8%,十字肋截面钢管混凝土构件提高了18.7%~39.9%,而空钢管构件降低了65.3%~89.7%。同时,混凝土强度和钢管厚度对冷弯薄壁方钢管混凝土柱的轴压承载力影响较大。