正六边形孔蜂窝钢梁的整体稳定研究

通过将双轴对称工字形截面的正六边形孔蜂窝梁的等效刚度代入当量实腹梁弯扭屈曲临界弯矩值的公式中,得到蜂窝梁的弯扭屈曲临界弯矩值公式。为考虑开孔引起的剪切变形对蜂窝梁弯扭屈曲临界荷载值的影响,并验证所得蜂窝梁弯扭屈曲临界荷载公式的正确性,通过与有限元软件计算同尺寸的蜂窝梁得到的弯扭屈曲临界弯矩相比较,证明了所推公式具有满足工程所需的精度。最后为方便工程应用,对蜂窝梁整体稳定性计算公式进行了改进。     

圆孔蜂窝梁的弯扭屈曲分析

为了对纯弯状态下圆孔蜂窝梁的弯扭屈曲进行研究,将蜂窝梁翼缘和腹板分离,采用有限元软件ANSYS对蜂窝梁开圆孔腹板进行侧向纯弯分析,由挠度-刚度关系反算侧向刚度,得出开孔腹板相对于实心腹板的刚度折减系数ky。考虑开孔腹板的径高比和距高比,经拟合给出了刚度折减系数ky的计算公式,用该系数对蜂窝梁的自由扭转刚度进行修正,代入实腹工字截面梁弯扭屈曲临界弯矩计算公式,得到蜂窝梁的相应计算公式。最后利用该公式分别对不同跨度、不同孔况的简支蜂窝梁在纯弯状态下的弯扭屈曲临界弯矩进行计算,并与有限元分析结果进行对比。分析结果表明,修正后的临界弯矩计算公式具有较高精度。     

连续开孔实腹梁整体稳定性计算方法

为研究腹板开孔H型钢梁在纯弯荷载作用下的整体稳定性,采用翼缘和腹板刚度分离的方法,从理论上推导出带有连续正方形孔洞的H型钢梁的抗侧刚度、自由扭转刚度和翘曲刚度计算方法,得到其弯扭屈曲临界弯矩表达式。利用有限元软件ABAQUS对相同截面不同跨度的H型钢实腹梁在纯弯荷载作用下的弯扭屈曲临界弯矩进行分析,并将有限元模拟结果和规范计算结果进行对比。采用经验证的有限元模型对带有连续正方形孔洞的H型钢梁进行分析,并将有限元模拟结果与推导公式的计算结果进行对比。以现有规范为基础,推导出带有连续正方形孔洞的H型钢梁的弯扭屈曲临界弯矩实用计算公式。结果表明:连续开孔梁实用计算公式具有较高的精确度。     

腹板开孔冷弯卷边槽钢受弯构件弹性屈曲

采用理论和有限元方法分析腹板开孔冷弯薄壁型钢受弯构件弹性整体弯扭失稳、弹性畸变屈曲失稳以及弹性局部屈曲失稳的屈曲荷载。通过理论分析提出计算腹板开孔卷边槽形截面受弯构件弹性整体弯扭失稳、弹性畸变屈曲失稳以及弹性局部屈曲失稳荷载的简化计算方法,通过与有限元计算结果进行对比,近似简化方法计算结果与有限元分析结果比较接近,表明建议弹性屈曲荷载计算方法具有较高的精度,可用于开孔受弯构件整体稳定承载力以及屈曲稳定系数的计算,能够代替复杂的有限元方法进行开孔构件弹性屈曲荷载的简化计算,易用于工程设计。     

纯弯曲蜂窝梁弯扭屈曲的有限元分析

为了研究蜂窝梁纯弯状态下的弯扭屈曲,笔者利用有限元软件ANSYS对两种不同截面的H形钢梁在纯弯曲时的弹性弯扭屈曲临界弯矩进行了分析,对所得到结果与理论公式计算的结果进行了比较,结果吻合的较好,这表明所选单元及计算方法的正确性。根据这一结果,笔者认为蜂窝梁在纯弯曲时的弹性弯扭屈曲临界荷载也可以采用该软件进行模拟分析。然后,对开孔率相同跨度不同以及跨度相同度开孔率不同的蜂窝梁进行了计算,并对计算结果与原型钢进行了比较分析。分析结果表明,蜂窝梁的弯扭屈曲临界弯矩略高于原型钢钢梁,其值随着开孔率的逐渐增加而降低,但是开孔率的影响并不十分明显。     

纯弯曲蜂窝梁弯扭屈曲的有限元分析

为了研究蜂窝梁纯弯状态下的弯扭屈曲，笔者利用有限元软件ANSYS对两种不同截面的H形钢梁在纯弯曲时的弹性弯扭屈曲临界弯矩进行了分析，对所得到结果与理论公式计算的结果进行了比较，结果吻合的较好，这表明所选单元及计算方法的正确性。根据这一结果，笔者认为蜂窝梁在纯弯曲时的弹性弯扭屈曲临界荷载也可以采用该软件进行模拟分析。然后，对开孔率相同跨度不同以及跨度相同度开孔率不同的蜂窝梁进行了计算，并对计算结果与原型钢进行了比较分析。分析结果表明，蜂窝梁的弯扭屈曲临界弯矩略高于原型钢钢梁，其值随着开孔率的逐渐增加而降低，但是开孔率的影响并不十分明显。     

纯弯状态下蜂窝梁腹板的弹性屈曲分析

针对蜂窝梁腹板在纯弯状态下的弹性屈曲,利用ANSYS 15.0建立了正六边形孔蜂窝梁腹板在纯弯应力状态下的有限元模型,研究了四边简支开孔板在纯弯状态下的屈曲模式,分析了孔洞尺寸对蜂窝梁腹板屈曲临界应力的影响,提出了纯弯状态下开孔板的屈曲系数计算式,得到了蜂窝梁开孔腹板在纯弯状态下的高厚比限值。研究表明:无论开孔数目多少,最大平面外屈曲位移均发生在各孔洞正上边缘;蜂窝梁腹板高厚比是影响开孔板屈曲临界应力的主要因素,建议对于弯矩作用较大的蜂窝梁腹板取0.6γ0.7,0.7β0.8的孔洞尺寸容易实现稳定性和经济性要求(γ为孔高比,β为距高比);拟合出的开孔板屈曲系数计算式,误差不超过5%,具有良好的精度。     

考虑剪力和剪力次弯矩影响的蜂窝梁挠度计算式推导与验证

蜂窝梁腹板开孔后对结构刚度有较大削弱,目前国内相关规范中还没有蜂窝梁挠度相关的计算式。基于费氏空腹桁架理论,针对蜂窝梁腹板开孔有削弱的特点,考虑了蜂窝梁的剪切变形和剪力次弯矩引起的变形,推导了蜂窝梁挠度简化计算式。其次,采用有限元方法研究跨高比、开孔率、截面尺寸等参数对蜂窝梁挠度的影响规律,比较在相同荷载工况下不同孔形蜂窝梁的挠度,总结蜂窝梁的挠度变化特点,并采用有限元计算结果验证所推导的蜂窝梁挠度计算式的正确性。     

蜂窝梁弹性弯扭屈曲承载力的简化计算方法研究

蜂窝梁构造复杂,对其承载力进行精确计算困难。为了研究蜂窝梁弹性弯扭屈曲承载力,在对蜂窝梁截面各特征值进行简化计算的基础上,用实腹H型钢梁的弹性弯扭屈曲临界荷载计算理论研究了蜂窝梁在不同荷载作用形式下的弹性弯扭屈曲承载力。使用ABAQUS软件对蜂窝梁的弹性弯扭屈曲承载力进行特征值屈曲分析,并与理论计算结果进行对比,验证了计算式的有效性。最后,通过分析不同因素对蜂窝梁弹性弯扭屈曲承载力的影响得出:高跨比影响最大;扩张比影响次之;距高比影响最小,可以忽略。     

正弦波纹腹板工形截面悬臂钢梁的弹性整体稳定研究

分析了上翼缘作用均布荷载的正弦波纹腹板悬臂钢梁的整体稳定性能影响因素,并对构件的弹性弯扭屈曲荷载的计算方法进行了探究。借助有限元分析软件ABAQUS计算了构件弹性弯扭屈曲临界荷载,比较了不同情况下构件的弹性弯扭屈曲临界荷载,确定了影响因素及影响大小。尝试根据已有的研究寻找计算正弦波纹腹板悬臂钢梁的稳定承载力的方法,并将计算结果与有限元解进行了对比,检验了计算方法的可行性。结果表明:腹板波长对波纹腹板悬臂钢梁整体稳定性能影响最大,腹板波长变化几乎没有影响;减小翼缘尺寸能够凸显出波纹腹板悬臂钢梁的优势;根据已有理论计算正弦波纹腹板悬臂钢梁的整体稳定存在较多问题。     

腹板开孔冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱试验及设计方法

为研究腹板开孔冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱的整体稳定性和承载力设计方法,对不同截面的腹板、开圆或矩形孔不同开孔尺寸的冷弯薄壁卷边槽钢柱进行了轴压承载力试验,其中未开孔、开圆孔、开矩形孔试件分别为6,18,18个,每个开孔构件在腹板开孔3个,圆孔直径为0.3、0.5、0.7倍腹板高度,矩形孔高为0.2、0.4、0.6倍腹板高度,孔长为孔高的2倍。试验结果表明:构件宽厚比较小易发生弯扭失稳,而宽厚比较大构件易发生局部屈曲、畸变屈曲和整体屈曲;随着开孔尺寸的增大,腹板发生局部屈曲时荷载提高;与未开孔构件相比,开孔柱的承载力有所降低,且随着开孔尺寸的增大而逐渐降低。采用ABAQUS有限元程序对试件进行了模拟分析,模拟结果与试验结果吻合良好,表明采用有限元分析此类开孔构件是准确和可行的。进而开展了有限元参数分析,对此类构件的弹性整体屈曲临界应力计算式进行修正。     

蜂窝梁的稳定性能研究进展

对蜂窝梁破坏模式的研究表明，失稳是其结构性能失效的重要破坏模式。为此，在回顾蜂窝梁结构特性研究的基础上，总结归纳了蜂窝梁失稳的3种主要模式：整体弯扭失稳、梁墩屈曲、畸变屈曲。结合国内外近30多年来对蜂窝梁稳定性的试验研究成果，对影响蜂窝梁稳定性的主要因素进行分析。采用蒙特卡洛法得到纯弯简支蜂窝梁弯扭失稳临界荷载的概率分布和影响因子的敏感度。将部分具有代表性的试验成果与欧洲规范EN 1993-1-1计算结果进行对比，根据中国规范GB 50068—2001《建筑结构可靠度设计统一标准》提供的抗力分项系数，计算了不同荷载组合下蜂窝梁整体弯扭失稳临界荷载的可靠度指标，为国内规范的制订提供依据。最后，总结了当前蜂窝梁稳定性研究中存在的不足，指明了进一步研究的方向。     

复合荷载作用下钢梁弯扭屈曲临界弯矩研究

基于由完备的复合荷载作用下钢梁弯扭屈曲总势能方程推导的平衡微分方程,采用Galerkin法推导了考虑横向荷载作用点高度和横截面不对称参数的复合荷载作用下钢梁弯扭屈曲临界弯矩的计算式,建立了等效弯矩系数的计算理论。依据等效弯矩系数的计算理论确定了7种常见工况的等效弯矩系数理论计算式并给出了6种特殊工况的Cb实用计算式,从Cb计算式的计算精度、适用范围和形式三个方面对国内外文献的Cb计算式进行对比,验证了等效弯矩系数理论的正确性并提出了Cb计算式的选用准则,最后通过2个数值算例验证了复合荷载作用下钢梁临界弯矩Mcr计算式的正确性和Cb计算式选用准则的合理性。结果表明：考虑了横向荷载作用点高度和横截面不对称参数的复合荷载作用下钢梁弯扭屈曲临界弯矩的计算式形式简单、物理意义明确且便于计算;Cb实用计算式的适用范围广且精度高;等效弯矩系数的选用准则合理、有效。     

蜂窝梁等效抗弯刚度的确定方法

通过分析不同开孔的蜂窝梁,提出了确定蜂窝梁等效抗弯刚度的方法.该方法根据纯弯蜂窝梁有限元分析(FEA)结果,按照经典力学中挠度-刚度或弯矩-曲率关系式反算刚度,具有简捷、准确、经济、高效等优点.提出了蜂窝梁等效抗弯刚度的合理表达式,并以常用的六边形孔和圆孔为例,通过大量有限元分析,得到了腹板刚度折减系数表,然后进一步给出了该系数的半理论半经验计算公式.结果表明,采用该公式可快速求得蜂窝梁的等效抗弯刚度.     

卷边槽钢开孔轴压构件弹性屈曲荷载

采用理论和有限元方法分析腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件弹性整体弯曲失稳、弹性畸变屈曲以及弹性局部屈曲的受力性能以及屈曲荷载。在理论分析的基础上提出了计算腹板开孔卷边槽形截面构件弹性整体弯曲失稳、弹性畸变屈曲以及弹性局部屈曲荷载的近似简化方法,简化方法计算结果与有限元分析结果对比表现出较高的精度,表明建议弹性屈曲荷载计算方法可用于开孔构件整体稳定承载力以及屈曲稳定系数的计算,能够代替复杂的有限元方法进行开孔构件弹性屈曲荷载的简化计算,易于用于工程设计。     

高温下蜂窝组合梁性能试验研究

为研究蜂窝组合构件抗火性能,对实腹组合梁与蜂窝组合梁的抗火开展试验,研究蜂窝组合梁高温下的性能,对比分析腹板是否开孔、开孔形状等参数对组合梁高温下性能的影响。结果表明:高温下蜂窝组合梁因腹板屈曲发生弯扭失稳而破坏。开孔对梁受火时的温度分布有着很大影响,显著降低了梁的耐火极限,开孔形状对蜂窝组合梁耐火性能影响不大,高温下圆形开孔蜂窝组合梁的稳定性优于正六边形开孔蜂窝组合梁。     

蜂窝梁滞回性能研究

为了研究地震作用下蜂窝梁滞回性能、局部稳定性以及局部屈曲对蜂窝梁滞回性能的影响规律,采用试验研究与理论分析相结合的方法对蜂窝梁滞回性能进行研究。设计4根不同腹板高厚比的正六边形孔蜂窝简支梁试件,在简支梁中央施加低周往复荷载进行拟静力试验。通过试验得到不同腹板高厚比正六边形孔蜂窝梁的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线,计算相应的延性系数及耗能系数,分析其破坏过程和破坏形态,研究蜂窝梁的滞回性能和破坏机理。结果表明:腹板高厚比较大的正六边形蜂窝梁主要破坏方式为孔间腹板局部屈曲,屈曲会导致试件变形急剧增加,滞回性能迅速变差,造成试件承载力下降而破坏;腹板高厚比越大,腹板越容易发生局部屈曲变形,因此,在实际工程中蜂窝梁应该严格限制腹板高厚比。     

侧向支撑对腹板开洞钢拱平面外弹性屈曲的影响分析

腹板开洞钢拱通过设置侧向支撑可以阻止钢拱发生平面外弯扭屈曲,支撑刚度的大小会对钢拱屈曲临界荷载产生影响.采用有限元方法分析了不同荷载、拱脚条件、支撑类型和位置对钢拱平面外屈曲稳定的影响.研究表明：在刚性支撑情况下,钢拱屈曲临界荷载随支撑刚度增大而增大,铰支钢拱屈曲半波随支撑数量的增加而增加,当支撑数量为n时,会出现n＋1个屈曲半波.两种支撑类型共同工作时,在侧向刚度支撑足够的情况下,扭转支撑对钢拱平面外屈曲临界荷载的影响有限.当侧向支撑刚度达到临界支撑刚度时,其屈曲临界荷载不再随支撑刚度的增大而增大.     

复合荷载作用下简支钢梁弹性弯扭屈曲研究

为建立复合荷载作用下简支钢梁弹性弯扭屈曲的设计理论,提出不同类型、不同作用点的横向荷载和不等端弯矩共同作用下的弯扭屈曲总势能方程。采用Rayleigh-Ritz法推导复合荷载作用下临界弯矩M_cr的通用计算式及系数（参数）C₁′、C₂′a、C₃′的计算式,并得到复合荷载作用的C₁′、C₂′a、C₃′与单一荷载作用的系数C₁、C₂、C₃的关系。采用Rayleigh-Ritz法推导临界荷载的通用计算式,并通过数值算例验证其正确性,最后分析钢梁自重对弯扭屈曲临界荷载的影响。研究表明：复合荷载作用下的临界弯矩Mcr通用计算式可完全采用单一荷载作用下的M_cr通用计算式表示;钢梁自重对其弯扭屈曲临界荷载的影响较小,计算中可忽略不计。     

钢框架梁开孔削弱效应及补强分析

钢框架梁常因建筑需求在腹板不同位置开孔，梁的承载力和稳定性会有不同程度的削弱。本文基于非线性有限元分析方法，研究在均布荷载与侧向荷载作用下的5种常见高跨比HN型钢梁不同孔位的屈曲模式、结构失稳荷载及开孔削弱效应；据此讨论加劲肋和贴板补强的不同效果。结果表明：不同高跨比的梁开孔削弱效应相近，且结构失稳荷载随孔位靠向跨端而产生明显削弱；孔位变化影响梁的屈曲特征，孔位近跨端时易发生孔域附近的局部畸变屈曲，孔位近跨中时易发生近似实腹梁的整体弯扭屈曲。均布荷载作用下跨中腹板开孔的中长跨梁和侧向荷载作用下开孔梁采用贴板补强即可更好地实现节省钢材、简化加工的目的。