国产轧制H型钢梁整体稳定性能研究——稳定系数计算原理对国产热轧H型钢梁的适用性分析

利用有限元法对国产轧制H型钢梁的整体稳定性能进行了系统研究,分析了《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)整体稳定系数的计算原理对国产热轧H型钢梁的适用性,指出对HW型截面计算公式应考虑平面内弯曲的有利影响予以修正,并用试验验证该结论。     

国产轧制H型钢梁整体稳定系数的取值

分析了（GB50017—2003）钢结构设计规范中,扭转惯性矩公式的简化对国产热轧H型钢梁整体稳定计算的影响。对规范的梁长细比的近似计算公式进行了分析,指出其对国产热轧H型钢过于保守。基于此给出了该公式的修正公式,可为工程设计参考。     

Q690高强圆钢管轴压性能数值分析及设计建议

利用商用有限元软件ABAQUS,对4种不同径厚比,正则化长细比λ_n从0.5～2.3的一系列埋弧焊接Q690高强圆钢管柱的整体稳定承载力进行了计算,然后根据公式φ=N/（Af_y）计算出整体稳定系数φ,将计算结果与GB 50017—2017《钢结构设计规范》规范中圆钢管轴压稳定曲线进行了比较。对Q690焊接圆钢管轴压构件整体稳定设计,针对GB 50017—2003《钢结构设计规范》规范提出两种建议：（1）对于柱子曲线选择的建议,即GB 50017—2003《钢结构设计规范》规范中采用a类柱子曲线;（2）对柱子曲线进行更新的建议,即更新GB50017—2003《钢结构设计规范》规范中的缺陷系数α1、α2、α3,提出了新的柱子曲线。     

区别处理H型钢梁与工字钢梁稳定性条件

热轧H型钢是一种高效经济性型材,具有抗弯性能好、翼缘宽、侧向刚度大等优点。目前国内生产的H型钢有宽翼缘H型钢(HW),中翼缘H型钢(HM),窄翼缘H型钢(NH)和薄壁H型钢(HT)等,但GB50017—2003《钢结构设计规范》在描述保证梁的整体稳定性内容中,有关热轧H型钢的规定直接借用了轧制普通工字钢或三板焊接截面的相关条文,没有体现H型钢良好的截面特性对整体稳定性的贡献。为了使GB50017—2003能够更充分、准确地指导钢结构工程设计应用,区别处理H型钢梁与工字钢梁,了解和掌握适用于国产热轧H型钢的整体稳定控制条件是十分必要的。从梁整体稳定原理出发,依照现行GB 50017—2003提出的计算公式,通过专门的分析程序对H型钢梁整体稳定进行计算,结合重庆大学已经获得的研究工作结果,提出了更适合国产H型钢的整体稳定控制条件,可作为GB 50017—2003修订的依据,也可供工程应用实践参考。     

钢梁稳定性再研究:中国规范的演化及其存在问题(Ⅰ)

首先简单阐述了我国钢梁稳定系数在我国不同时期各个版本的《钢结构设计规范》中的发展演变。分析发现,GB 50017-2003《钢结构设计规范》中的钢梁稳定系数存在如下问题:1)强度计算演化为基于截面的承载力而稳定系数的定义仍然停留在TJ17-74《钢结构设计规范》中的基于边缘纤维应力的定义;2)隐含了塑性开展系数1.1,该系数大于强度计算的系数1.05,且导致了对翼缘宽厚比为13~15的钢梁也利用了塑性开展系数;3)钢梁稳定系数取平均值却未像TJ17-74在压杆稳定系数中引入附加安全系数;4)未区分焊接梁和轧制梁,对焊接梁更为不安全。     

钢梁稳定性再研究:中国规范的演化及其存在问题(Ⅰ)

首先简单阐述了我国钢梁稳定系数在我国不同时期各个版本的《钢结构设计规范》中的发展演变。分析发现,GB 50017-2003《钢结构设计规范》中的钢梁稳定系数存在如下问题:1)强度计算演化为基于截面的承载力而稳定系数的定义仍然停留在TJ17-74《钢结构设计规范》中的基于边缘纤维应力的定义;2)隐含了塑性开展系数1.1,该系数大于强度计算的系数1.05,且导致了对翼缘宽厚比为13~15的钢梁也利用了塑性开展系数;3)钢梁稳定系数取平均值却未像TJ17-74在压杆稳定系数中引入附加安全系数;4)未区分焊接梁和轧制梁,对焊接梁更为不安全。     

国产轧制H型钢梁整体稳定几何控制条件

编程计算了国产轧制H型钢梁的整体稳定系数 ,得出保证其整体稳定性的受压翼缘自由长度与其宽度之比的限值 (整体稳定几何控制条件 )。结论可作为工程设计参考 ,也可作为现行国家标准《钢结构设计规范》(GB5 0 0 1 7- 2 0 0 3)的补充     

输电铁塔设计中角钢构件稳定计算问题的讨论

现行输电铁塔结构设计依据的规程、规定引用的是《钢结构设计规范》(GBJ17-1988)的条文,《钢结构设计规范》(GB50017-2003)增加了关于轴压构件扭转失稳和弯扭失稳方面的规定,本文基于新钢规对输电铁塔设计中双角钢十字形、T形截面以及单角钢轴压构件的整体稳定计算做了试算和探讨,得出对于输电铁塔设计中主材选用双角钢十字截面构件扭转失稳将起控制作用、对于单角钢构件绕平行轴的弯扭失稳起控制作用的结论。通过对220kv和500kv双回路直线塔的工程实例计算,按新钢规规定,塔重将增加6％～10％。因此,在输电铁塔结构设计中,关于角钢整体稳定按新钢规条文的具体应用还需进一步探讨。     

纯弯等截面焊接工字形梁整体稳定系数研究

为配合《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)的修订工作,对纯弯等截面焊接工字形梁的整体稳定系数进行了研究.对各国钢结构规范中关于梁整体稳定系数问题的计算方法做了简要介绍,比较了各国规范对焊接工字形梁稳定承载力计算结果的差异;对等端弯矩作用下等截面焊接工字形梁的整体稳定性进行了大量数值模拟,其中考虑了梁构件的初始几何缺陷及残余应力分布.通过对比正则化长细比与梁整体稳定系数曲线可以发现,现行《钢结构设计规范》在计算梁稳定系数时对构件初始几何缺陷及残余应力考虑不足,规范计算结果在较大范围内高出有限元数值分析结果,会产生不安全的设计,故建议对规范公式进行修订.     

“上”形截面钢梁弯扭联合作用下整体稳定性分析

为对“上”形截面钢梁弯扭联合作用下的整体稳定性进行分析,采用有限元数值计算方法,通过失稳模态考虑构件L/1 000（L为跨径）的几何初始缺陷,对比已有文献试验结果,验证了模拟方法的正确性,在此基础上,对跨中集中荷载和满跨均布荷载作用下的简支“上”形截面钢梁整体稳定性进行分析,通过曲线拟合给出了“上”形截面钢梁整体稳定系数计算公式,分析了荷载偏心距和跨径对稳定承载力及弯扭效应分配的影响。研究结果表明:通过失稳模态考虑构件L/1 000几何缺陷可以准确地计算稳定承载力;“上”形截面钢梁整体稳定系数的取值较国标规范工字梁小,且均布荷载较集中荷载小;“上”形截面钢梁的稳定承载力随着偏心距和跨径的增加逐渐降低,且影响程度也逐渐变小;偏跨比较大时,失稳破坏主要由扭转效应引起,偏跨比较小时,则主要由弯曲效应引起;集中荷载较均布荷载更容易使“上”形截面钢梁失稳;使用《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB 50018—2002）进行“上”形截面钢梁的整体稳定性验算会偏于不安全。     

轧制普通工字钢简支梁的整体稳定系数计算

现行《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)沿用历次钢结构设计规范的规定:轧制普通工字钢简支梁的整体稳定系数φb不能引用等截面焊接工字型和H型钢的整体稳定系数φb的公式计算,而直接给出表格查用。通过分析表明,按《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)附录B公式(B.1-1)所计算的φb,与规范GB 50017-2003中表B.2所给出的数据基本一致,因此建议今后规范统一采用公式(B.1-1)的理论公式计算φb。     

高强度角钢轴心受压构件稳定设计方法研究

Q420和Q460高强度热轧等边角钢在钢结构中的应用逐渐增多,由于强度提高,部分角钢截面的宽厚比超过规范限值,不满足局部稳定性的要求。GB 50017—2003《钢结构设计规范》对于这一问题并没有给出相应的计算方法和设计规定。结合DL/T 5154—2002《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》和美国ANSI/ASCE 10—97《输电铁塔设计导则》的相关规定,研究Q420和Q460高强度热轧等边角钢轴心受压构件稳定承载力的设计计算方法,分析了上述规范中对于高强度角钢轴心受压构件稳定设计方法的合理性,为相关设计提供了参考。     

弯剪共同作用下不锈钢薄腹梁承载性能试验研究

为研究不锈钢薄腹梁在弯矩和剪力共同作用下的承载性能,进行了6根焊接工字形截面不锈钢梁的试验研究.结果 表明,所有梁试件的破坏形态为结合了腹板剪切屈曲和受压区板件局部鼓曲的弯剪联合屈曲.建立精细有限元数值模型对试验过程进行模拟,同时考虑了不锈钢材料、几何双非线性,局部几何初始缺陷和焊接残余应力的影响.基于得出的试验和有限...     

圆管结构相贯节点静力强度的一种实用验算方法

依据弹性薄壳理论,采用有限单元法,对《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)中已包括的圆管相贯节点进行了线弹性静力分析,通过对结果的分析比较,提出了一种简便实用的节点强度验算方法,即以主管中面应力的等效应力峰值是否超过材料设计强度与某一安全系数的比值作为衡量的指标,旨在解决规范尚未包括的节点形式的强度验算问题,可供工程设计人员参考。     

局部火灾下钢框架中上翼缘无侧移工字梁的极限状态计算

本文根据钢框架中工字梁在梁下局部火灾下将产生较大温度轴压力，其受力状态发生改变的事实，建立了钢框架中上器无侧移工字形梁的下器侧移失稳挠曲微分方程，应用能量法近似求解获得了验算梁下翼缘侧向稳定的计算长度，并结合我国现行钢结构设计规范建立了梁下翼侧移失稳的极限状态方程。此外，本文还建立了局部火灾下梁形成三铰机构而破坏的极限状态方程。这两个极限状态方程可直接用于钢框架工字梁的抗火设计与计算。     

热轧H型钢组合柱轴压承载性能研究

热轧H型钢组合柱是由热轧H型钢与钢板焊接拼合而成,并在内部灌注混凝土形成钢-混凝土组合截面构件。为研究热轧H型钢组合柱的轴压承载性能,完成了3个热扎H型钢组合短柱轴压试验,得到了试件在轴压荷载下的破坏形态、荷载-位移关系曲线和荷载-应变关系曲线等。建立了经试验验证的精细化有限元模型,并以钢材强度、混凝土强度和长细比为关键参数进行分析。研究结果表明:热轧H型钢组合柱的延性很好,但是试件端部H型钢外伸翼缘由于约束较弱,所以轴压荷载作用下先行屈曲;试件截面中部腹板拼接焊缝处钢板的宽厚比较大,易出现局部稳定问题;采用的有限元模型可准确模拟试件在轴压荷载下的破坏形态、荷载-位移关系等。在混凝土强度等级C20~C90、钢材强度等级Q235~Q420范围内,基于试验和有限元分析结果,提出钢-混凝土组合构件的轴压短柱承载力和中长柱的稳定承载力计算公式,公式计算结果与试验值及有限元分析值吻合较好。     

Q460高强钢焊接工字形截面简支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简支梁的整体稳定性能,对跨中无侧向支撑的3个双轴对称和6个单轴对称焊接工字形截面简支梁进行了整体弯扭屈曲试验。实测了试件的截面残余应力和初始几何缺陷,并分析其整体弯扭屈曲变形特征和稳定承载力。建立考虑残余应力和初始几何缺陷的有限元模型对简支梁受力进行了模拟,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计算了大量不同截面尺寸和跨度的Q460高强钢焊接工字形截面简支梁的整体稳定承载力。将试验和有限元参数分析结果与GB 50017—2017《钢结构设计标准》、JGJ/T 483—2020《高强钢结构设计标准》、欧洲规范EN 1993-2005和美国规范ANSI/AISC 360-2016的简支梁整体稳定系数公式的计算结果进行比较,结果表明GB 50017—2017和ANSI/AISC 360-2016的计算结果偏于不安全,EN 1993-2005的计算结果过于保守,JGJ/T 483—2020的计算结果偏于安全且最为接近。最后,在JGJ/T 483—2020的简支梁整体稳定系数计算公式基础上引入增大系数,并根据截面高宽比的不同,取用不同的长细比指数对该公式予以修正,修正后的公式更适用于Q460高强钢焊接工字形截面简支梁的设计计算。     

Fatigue strength evaluation of welded structural details in corrugated steel web girders

Fatigue strength evaluation of welded structural details is of practical significance in the design of corrugated steel web girders in highway bridges and industrial structures. In this paper, the fatigue strengths of corrugated steel web girders with several welded structural details and welding methods are analytically examined by fatigue tests of corrugated web beams and small-size welded joints. The stress concentration & distribution characteristics of corrugated web beams were analysed using finite element analysis. The beam test results showed that the structure with scallops or notches in the flange has lower fatigue strength and that with butt joints is prone to suffer from shear crack on the corrugated web. Within the inside range of the scallop, the stress concentration becomes greater with the increase of scallop radius and the tension flange contributes significantly to the bending capacity of corrugated steel web beams. The tests for small-size welded joints indicated their applicability in the analysis and prediction of S-N relationship of the test corrugated steel web beams. Finally, the fatigue crack propagation lives of weld joints were compared with those of test corrugated steel web beams with respect to related design Categories of the AASHTO LRFD Bridge Design Specifications.     

均匀受压圆弧拱平面外弹塑性稳定设计方法

作为建立压弯钢拱平面外稳定承载力设计方法的第一步,综合考虑拱截面形式、初始几何缺陷、残余应力、矢跨比及拱脚条件的影响,通过弹塑性有限元分析,对均匀受压圆弧拱的平面外稳定承载力进行了数值分析,获得了平面外稳定设计曲线。研究表明：保向力作用下钢拱的平面外初始刚度及稳定承载力明显低于向心力作用下的相应结果,是一种较为不利的工况;相比几何初始缺陷和残余应力,矢跨比和拱脚条件对均匀受压圆弧拱平面外稳定承载力影响较大;通过引入拱正则化长细比,统一了不同矢跨比和拱脚条件的均匀受压圆弧拱的平面外稳定设计曲线的表达式;对于热轧圆钢管截面、焊接箱形截面、焊接工字形截面圆弧拱,可以采用GB 50017-2003《钢结构设计规范》中的b类、c类和d类截面的柱子曲线计算其平面外稳定承载力。     

细晶高强钢筋混凝土梁受剪性能试验研究

细晶高强钢筋是我国冶金行业研究开发的新型热轧带肋钢筋,其抗拉屈服强度标准值达500MPa以上。通过9根纵筋及箍筋均采用细晶高强钢筋的混凝土梁的受剪试验,分析其受力特点、破坏形态以及影响受剪承载力的主要因素。结果表明,细晶高强钢筋混凝土梁的受剪性能与普通低合金热轧带肋钢筋混凝土梁基本相同,其受剪承载力仍可按现行GB 50010-2002《混凝土结构设计规范》规定的公式计算,取箍筋抗拉强度设计值fyv=360 MPa,有足够的安全储备,为细晶高强钢筋的工程应用提供了依据。