均布荷载下简支波浪腹板H形截面钢梁弹性整体稳定性研究

采用能量法研究简支波浪腹板H形截面钢梁的弹性整体稳定性,推导了满跨均布荷载作用下简支波浪腹板H形截面钢梁的弹性临界弯矩公式,通过引入波浪腹板H形截面钢梁的等效翘曲惯性矩和绕虚轴等效惯性矩,得到均布荷载作用下简支波浪腹板H形截面钢梁的弹性临界弯矩表达式与普通H形截面简支钢梁形式相同。采用有限元方法对均布荷载作用下简支波浪腹板H形钢梁进行模拟分析,与本文公式计算结果对比验证了所提公式准确有效。均布荷载作用下不同参数简支波浪腹板H形截面钢梁的有限元分析表明,简支波浪腹板H形截面钢梁的弹性临界弯矩大于平腹板H形截面钢梁;随着波浪腹板波幅的增大、翼缘宽度和翼缘厚度的增大,简支波浪腹板H形截面钢梁的整体稳定临界弯矩增大。     

波浪腹板受弯构件设计理论及试验研究

波浪腹板工形构件由翼缘与波浪腹板通过高频焊接组成,作为受弯构件具有较高的承载效率。基于波浪腹板工形构件截面承载力的简化模型,提出波浪腹板受弯构件强度和抗剪稳定承载力计算公式,同时亦给出考虑波浪腹板剪切变形的构件挠度计算方法;对2根足尺的波浪腹板工形截面梁进行面内加载试验,揭示受弯构件加载破坏过程及破坏机理;同时以有限元分析进行佐证,分析构件初始缺陷对其破坏形式的影响。研究表明,试验结果与有限元分析结果吻合较好,亦验证建议设计方法的合理性。     

波浪腹板门式刚架侧向变形计算研究

为补充完善波浪腹板门式刚架侧向变形的空白,基于波浪腹板工形构件的受力特性,提出了适用于计算波浪腹板工形构件变形的两种梁单元有限元简化模型,通过与壳单元对比及模型参数敏感性分析,验证了梁单元简化模型的准确性和可靠性。此外,通过理论推导和有限元计算,提出了适用于单跨等截面、单跨变截面及多跨波浪腹板门式刚架侧向变形的计算方法;其中考虑了柱脚边界条件、斜梁坡度、侧向荷载作用点和分布形式等诸多因素的影响。     

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.     

波浪腹板工形梁局部承压承载力设计方法研究

波浪腹板工形梁的局部承压性能目前国内外研究较少。在总结前人对平腹板和梯形波折腹板梁局部承压极限承载力研究工作的基础上,对波浪腹板工形梁的局部承压性能及设计方法进行研究。通过有限元数值分析,揭示波浪腹板工形梁在局部压力作用下的破坏形式以及腹板几何初始缺陷对局部承压性能的影响,在几何参数分析的基础上建立局部承压极限承载力的简化计算公式。最后针对同时承受局部荷载和弯矩的波浪腹板工形梁,建立截面弯矩与局部压力之间的M-P承载力相关计算公式,并通过有限元数值计算进行验证。     

玻璃幕墙中钢板肋稳定性分析及设计方法研究

近年来钢板肋支承玻璃幕墙在大型公共建筑中得到广泛使用,钢板肋截面面内受弯存在面外的稳定性问题,幕墙设计规范中未提及该部分设计方法,钢结构相关设计规范受弯稳定计算公式未明确板肋截面是否适用.结合以上问题,本文利用弹性稳定理论受弯构件临界弯矩通式,结合现行规范对稳定系数的修正,建议了钢板肋受弯稳定计算方法.为了验证该计算方...     

波浪腹板工形梁支承加劲肋设计方法研究

为解决波浪腹板工形梁支承加劲肋设计问题,进行了受力机理的研究,根据受力状态的不同对加劲肋进行分类,并采用ANSYS进行了有限元模型的数值分析;将波浪腹板对加劲肋的约束作用简化为等效约束长度的平腹板,将支承加劲肋转化为在腹板平面内失稳的轴压构件并计算其稳定性;通过参数分析,揭示了等效约束长度与腹板幅长比及腹板高厚比相关,进而建立了单侧与两侧约束情况下等效约束长度的计算公式.结果表明:与平腹板工形构件不同,波浪腹板工形构件的腹板面外刚度增大,但腹板沿构件轴向刚度变小,因而对加劲肋的面外约束不足,需要重新评估加劲肋在集中荷载作用下的稳定性计算;提出的波浪腹板工形梁支承加劲设计方法具有较好的安全性和经济性.     

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。     

受弯圆弧拱平面外稳定承载力分析

为建立压弯钢拱平面外稳定承载力设计方法,对承受弯矩作用的受弯圆弧拱的稳定承载力进行系统研究,考察弯矩对其面外稳定的影响。采用有限元分析方法,考虑截面形式、初始几何缺陷、残余应力、矢跨比、拱脚条件及端弯矩比例的影响。首先针对均匀正弯矩作用,基于正则化长细比给出了焊接工形截面、焊接箱形截面及热轧圆管截面拱的平面外稳定曲线;之后对于不同比例的端弯矩作用下不均匀受弯情况,提出了平面外稳定承载力计算的等效正则化长细比法和等效弯矩系数法,为压弯圆弧拱设计方法的建立奠定基础。研究表明：采用正则化长细比,均匀正弯矩作用下圆弧拱的平面外稳定系数可采用与直梁类似的平面外稳定曲线;不等端弯矩作用的情况需引入等效正则化长细比或等效弯矩系数,以考虑弯矩梯度和负弯矩作用的影响;提出的两种平面外稳定承载力计算方法与大挠度弹塑性有限元分析结果吻合较好。     

波浪腹板轴心受压构件设计方法及试验研究

波浪腹板工形构件作为受弯构件具有较高的承载效率。波浪腹板工形构件作为轴心受压构件使用,在截面合理设计条件下也仍不失为一种性能良好的构件。通过理论和数值分析,对波浪腹板轴心受压构件的稳定性设计理论进行研究,提出其稳定承载力的计算方法;制作了两个试件进行轴压试验研究,并与有限元分析结果进行对比。同时比较平腹板与波浪腹板受压构件的经济性,说明在构件绕强轴失稳破坏的情况下,减小波浪腹板的厚度而增大其高度可获得较大的承载力。     

翼缘纵向变厚度焊接工字形截面钢梁整体稳定性能试验

为研究翼缘纵向变厚度焊接工字形截面钢梁的整体稳定性能,共设计了11个变厚度梁和2个等厚度梁并进行无侧向约束整体稳定试验,包含三点弯和四点弯两种加载方式,0、2、4、6、8mm/m共5种厚度变化率。试验结果表明：钢梁均发生弹塑性弯扭失稳破坏,卸载后仍有明显残余变形;相比四点弯加载,翼缘厚度变化对三点弯加载钢梁承载性能的影响更为明显。对现有等厚度梁的整体稳定设计方法和稳定系数曲线进行总结,结合精细化有限元分析得到,变厚度梁的弹性失稳临界弯矩随着翼缘厚度变化率增大而降低。基于现有等厚度梁规范稳定曲线进行变厚度梁稳定承载力计算时,建议采用有限元分析或者以平均截面尺寸下的等厚度梁近似计算弹性失稳屈曲临界弯矩,由此可得相比按跨中最大截面设计相对安全的稳定承载力。最后将试验结果与规范计算所得稳定承载力对比,结果表明欧洲规范BS EN 1993-1-1最为安全,中国规范GB 50017—2017次之,美国规范ANSI/AISC 360-16最不安全。变厚度梁整体稳定设计方法的提出还需进一步深入研究。     

受弯钢构件整体稳定性的计算

本文对新订《钢结构设计规范》(GB 17—88)中受弯构件(梁)的整体稳定性计算理论和方法,以及由能量法求得的侧扭屈曲的临界弯矩 M_(cr)公式作了简要讲述。分析了影响整体稳定性的因素和对有关应用问题进一步作了说明。文中对一般焊接工字形截面简支梁的整体稳定系数ψ_b 计算式的简化和规范附表1.1中各整体稳定等效弯矩系数β_b 值的确定,作了较为详细的论述;对非弹性整体稳定系数ψ′_b 与ψ_b 的关系进行了论证;并对其他截面如轧制普通工、槽钢简支梁,箱形截面简支梁和应用于压弯构件面外整体稳定性验算公式中的整体稳定系数和规定作了介绍。     

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。     

波浪腹板工形构件疲劳性能试验研究及设计建议

波浪腹板工形构件在国内外除了用于工业厂房的梁柱外,还应用于工业厂房中的吊车梁。应用此种构件可以克服采用高而薄的平腹板工形构件必须设置横向加劲肋的缺点。吊车梁直接承受动力荷载,其承载力往往由其疲劳寿命控制。国内外现有对波形腹板构件疲劳性能的试验及理论研究多集中于梯形波折腹板工形构件,对波浪腹板工形构件的研究还很少。通过两根足尺试件的疲劳试验研究以及理论分析给出了波浪腹板工形构件的疲劳设计建议,获得了按照我国目前《钢结构设计规范》中疲劳验算的分类(属于2类)。此外,通过有限元软件详细分析了疲劳破坏位置附近的正应力与剪应力的分布及变化规律,剖析了影响疲劳的主要因素,验证了试验结果。通过比较平腹板、梯形波折腹板、波浪腹板工形截面梁的疲劳性能,指出波浪腹板工形构件的疲劳寿命优于梯形波折腹板构件,略逊于平腹板构件。最后根据一工程设计实例,给出波浪腹板吊车梁疲劳验算的方法。     

波浪腹板门式刚架轻型房屋钢结构设计理论及应用

波浪腹板工形截面构件由翼缘与波浪腹板组成,与平腹板工形截面构件相比具有较高的承载效率。由波浪腹板工形截面构件所组成的门式刚架,在国外工业建筑轻型房屋钢结构工程中有较广泛的应用,其经济效益也明显优于传统的门式刚架结构。总结了笔者对波浪腹板工形截面构件在轴力、弯矩以及压弯组合作用下的受力性能与设计方法的研究成果,并与同类型平腹板的工形截面构件的性能与设计方法进行了比较。介绍了波浪腹板门式刚架的节点构造,并给出了波浪腹板工形构件的制作等方面的要求。比较了波浪腹板构件与平腹板构件的承载效率,并结合一个典型的门式刚架工业厂房,比较了波浪腹板门式刚架体系与平腹板门式刚架体系在经济性等方面的差异。     

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。     

钢吊车梁稳定设计的合理方法

对于吊车梁,GB 50017—2017《钢结构设计标准》的设计方法中存在两个问题:1)按照GB 50017—2017的方法计算的腹板承压应力仍然比精确有限元值偏小15%和24%(文献[1]);2)钢梁稳定系数比试验数据的95%保证率的数值偏大10%～25%(文献[2-5])。经分析GB 50017—2017揭示了无制动梁的吊车梁设计的又一缺陷:钢梁稳定系数计算基于一个不可能达到的受压边缘屈服弯矩,其值偏大约15%,导致吊车梁稳定计算偏不安全。为此提出了新的稳定系数公式,并与有限元结果进行了对比,精度良好。新的稳定系数计算基于受拉侧塑性屈服达到一定深度、受压边缘刚刚屈服时的弯矩值,该弯矩小于按照弹性计算的受压边缘屈服弯矩,从而使计算结果更加合理。     

梁腹板在弯、剪及局压复合应力作用下的屈曲分析

前钢结构设计规范(GBJ17-88)中有关梁腹板局部稳定的计算公式来源于无限弹性完善板假定,一方面与构件的实际工作状况有一定出入,导致计算结果有时会偏于不安全;另一方面又与有关钢梁在弯曲正应力作用下的强度计算公式(考虑截面部分进入塑性)不相协调。针对《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中变动较大的该部分设计内容,本文考虑不同的几何参数及弯、剪、局压多种应力组合工况对梁腹板屈曲临界应力的影响,对修订后的梁腹板横向加劲区格在复合应力作用下的临界应力相关公式进行了大量的有限元分析与计算;重点考察了梁腹板的弹塑性屈曲性态及规范(GB50017-2003)中相关公式所具有的设计安全度。在此基础上,提出相关的设计建议,供规范修订及进一步的研究参考。     

基于轴压构件稳定系数的简支钢梁弯扭屈曲极限弯矩计算方法

为了解决现行设计标准中钢梁弯扭屈曲极限弯矩计算方法在适用范围和计算精度上存在的问题,提出了基于理想轴压构件整体屈曲临界荷载的理想钢梁弹性弯扭屈曲临界弯矩计算式,并进一步提出了基于轴压构件稳定系数的简支钢梁弯扭屈曲极限弯矩计算方法。采用124个热轧H型钢梁试件、80个焊接梁试件、2个薄腹梁试件共计206个钢梁试件弯扭屈曲极限弯矩的试验结果,检验了方法的适用范围及计算精度,并与GB 50017—2017《钢结构设计标准》中的方法进行了对比。研究表明：对于206个钢梁试件,基于轴压构件稳定系数的计算方法较GB 50017—2017方法的适用范围更广,且与已有文献的计算精度相当;对于7个单轴对称工字形截面焊接高强钢梁试件,基于轴压构件稳定系数的计算方法略偏安全且精度高,而GB 50017—2017中的方法偏不安全;对于44个荷载工况不包含在GB 50017—2017中的钢梁试件,建议方法所得极限弯矩计算值与实测值之比的均值、标准差分别为0.908、0.125,精度较高且偏于安全。     

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。