屈曲交互作用下焊接截面柱的抗压试验

对焊接H形和槽形截面的柱进行了一系列压力试验,这些柱采用厚度为6．0mm,名义屈服应力为240MPa的软钢板制成。从理论上和试验中对这些受压构件在非线性局部和整体屈曲交互作用下的极限强度和性能进行了研究。压力试验表明,局部和整体屈曲交互面对薄壁焊接钢柱截面有较大的负面影响。     

交互屈曲下焊接RHS柱的抗压强度预测

对由6.0mm厚、屈服强度为315 MPa的钢板焊接而成的矩形中空截面(RHS)柱进行一系列抗压试验。在局部屈曲与整体屈曲的非线性交互作用下,对焊接RHS抗压构件的极限强度和性能进行了试验研究和理论分析。压缩试验结果表明:局部屈曲与整体屈曲的交互作用对焊接RHS柱的极限强度有着显著的不利影响。基于压缩试验结果,给出用于焊接RHS柱强度设计的直接强度法(DSM)建议公式。研究结果证实,基于美国钢结构协会(AISC)或欧洲规范3(EC3)柱曲线的DSM方法,能够正确预测焊接RHS柱同时或几乎同时出现局部屈曲和整体屈曲时的极限强度。     

双轴加载下细长截面的工字型柱屈曲后强度研究

细长截面柱在发生局部屈曲后还有一定的承载能力。这种屈曲后强度主要取决于截面的宽厚比以及截面的应力状态。本文通过试验研究了这些因素对屈曲后强度的影响程度，给出了两组试件局部屈曲强度和极限强度。每组试件都采用不同宽厚比的腹板和翼缘的工字型截面柱。在第一组试件中，荷载通过截面的重心轴向加载，另一组试件双向偏心加载。另外，     

高强钢焊接方形截面偏压构件整体和局部相关屈曲承载力分析

采用有限元软件ANSYS分析了Q460钢宽厚比超限的焊接方形截面偏压构件的极限承载力,研究了板件宽厚比、构件长细比和偏心距对构件极限承载力的影响。基于数值模拟结果,提出了适用于Q460钢宽厚比超限焊接方形截面偏压构件极限承载力的计算方法。研究结果表明,考虑几何缺陷及残余应力的有限元模型能准确地预测焊接箱形截面偏压柱局部-整体相关屈曲的极限承载力;宽厚比超限的高强钢压弯构件的Pu/Py与Mu/Mp相关曲线基本为直线,且随着板件宽厚比(或构件长细比)的增大,Pu/Py和Mu/Mp不断下降。提出的建议计算方法与有限元计算结果符合良好。     

薄壁钢管混凝土梁-柱的钢板局部屈曲分析

高强钢和混凝土的应用,使得薄钢板开始应用在填充混凝土的钢管梁柱中。然而,在组合梁柱中薄钢板的应用可能会增加局部屈曲,这将减弱这些构件的强度和延性性能。通过有限元分析方法,分析了在填充混凝土的薄壁钢管梁-柱中钢板的临界局部屈曲和局部屈曲后性能。运用几何和材料非线性分析来研究在压力和平面内弯曲作用下钢板中的临界局部和后张局部屈曲强度。非线性分析中考虑了钢板的初始几何缺陷和残余应力,材料屈服和应变硬化。基于非线性有限元分析结果,本文提出一组设计公式,以确定这种组合梁柱的临界局部屈曲和钢板的极限强度。此外,还提出在不均匀压力作用下,钢板极限强度设计中有效宽度的计算公式。这一组设计公式可以直接用于组合梁-柱的设计和考虑局部屈曲作用后的薄壁钢管混凝土梁-柱分析。     

轴压下460 MPa级高强度钢材焊接截面短柱的局部屈曲

由于钢屈服强度的提高,与普通强度钢(NSS)制成的型钢相比,高强度钢焊接而成的型钢更薄、更轻。这导致了钢板构件的宽厚比更大,且局部屈曲对受压构件的影响也更大。对由4个箱形截面构件和9个工型截面构件组成的钢短柱(钢材为Q460)进行轴压试验,建立对初始缺陷进行精确模拟的有限元模型。建模结果通过了试验和理论分析的验证。将试验和数值结果与通过不同规范中的设计方法得出的极限应力相比较,结果显示,对于箱形截面钢板构件,这些设计方法高估了其局部屈曲的极限应力,导致结果不够安全。而设计方法又低估了工字型截面部件翼缘的极限应力,特别是那些宽厚比相对大的工字型截面部件。     

高强钢方管截面双向压弯构件局部和整体相关屈曲研究

采用ANSYS软件建立的考虑初始几何缺陷和残余应力影响的有限元模型分析了板件宽厚比、构件长细比以及荷载相对偏心率对构件极限承载力的影响;提出了利用有效屈服强度系数来计算构件极限承载力的建议公式。研究表明:板件宽厚比(或构件长细比)增大均会导致构件无量纲极限承载力减小,且无量纲极限承载力的减幅会随偏心率的增大而减小;偏心率增大也会使构件无量纲极限承载力减小;构件弯矩-轴力相关曲线大致呈线性变化;建议公式计算结果与有限元计算结果吻合较好。     

宽厚比超限的高强钢方形截面轴心受压构件极限承载力

采用有限元法分析了Q345,Q390及Q420钢宽厚比超限(b/t=40,50,60和70)的焊接方形截面轴心受压构件的极限承载力,并将计算结果和直接强度法、有效屈服强度法相比较。研究表明:有限元模拟结果和直接强度法计算结果吻合较好,有效屈服强度法略为保守;采用两种方法计算时,焊接方形截面应按a类而非《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)规定的b类截面查稳定系数φ;采用有效屈服强度法时,板件正则化长细比应取λp=(φfy/σcr)～(1/2),p。建议修订规范时将直接强度法和有效屈服强度法也纳入规范。     

高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件局部和整体相关屈曲试验研究

通过13个Q460C、Q550D和Q690D钢中长柱的双向偏压试验,研究了高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件的局部-整体相关屈曲性能和极限承载力;将极限承载力与美国、欧洲规范以及新提出的计算公式的计算结果相比较,以验证它们对高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件局部-整体相关屈曲计算的适用性。结果表明,在钢材名义屈服强度fy=460～690 MPa,板件宽厚比b/t=40～70,构件长细比λ=45～79,偏心距ex=ey=20～45 mm范围内,美国规范ANSI/AISC 360-16对较大长细比（λ=79）和Q690D钢较小宽厚比（b/t=40）试件的计算结果偏于保守;欧洲规范BS EN 1993-1-1对较小板件宽厚比（b/t=40）试件的计算结果偏于保守,对其余试件是安全的;使用新提出的有效屈服强度法所得到的计算结果和试验结果吻合良好;新提出的有效截面法对大部分试件的计算结果偏于保守。     

卷边C形截面不锈钢柱畸变屈曲直接强度法

为研究轴心受压卷边C形截面不锈钢柱的畸变屈曲承载力,采用ABAQUS软件对不锈钢轴压构件进行了非线性有限元模拟,并通过现有试验验证了有限元模型计算结果的准确性。弹性畸变屈曲荷载是采用直接强度法（DSM）的关键参数,首先研究了边界条件对构件承载力的影响,然后对比分析了现有轴心受压卷边C形截面不锈钢柱畸变屈曲承载力的计算方法与试验结果,发现BECQUE等提出的DSM公式与AISI中的畸变屈曲DSM公式均不能准确地预测卷边C形截面不锈钢构件的畸变屈曲承载力。最后,在大量有限元分析的基础上提出了轴心受压卷边C形截面不锈钢柱畸变屈曲承载力计算公式,并采用现有的试验结果验证了该公式的准确性。     

Compression tests of welded section columns undergoing buckling interaction

This paper describes a series of compression tests performed on welded H-section and channel section columns fabricated from a mild steel plate of thickness 6.0 mm with nominal yield stress of 240 MPa. The ultimate strength and performance of the compression members undergoing nonlinear interaction between local and overall buckling were investigated experimentally and theoretically. The compression tests indicated that the interaction between local and overall buckling had a significant negative effect on the ultimate strength of the thin-walled welded steel section columns. The Direct Strength Method (DSM), which was newly developed and adopted as an alternative to the effective width method for the design of cold-formed steel sections recently by NAS (AISI, 2004), was calibrated by using the test results for application to welded steel sections. This paper confirms that the Direct Strength Method can properly predict the ultimate strength of welded section columns when local buckling and flexural buckling occur simultaneously or nearly simultaneously.     

发生畸变屈曲的纵向加劲板的受压试验

采用厚4.0mm,名义屈服应力为235.0MPa的中厚钢板制作板件,并分别设置不同刚度的纵向加劲肋,对此纵向加劲板进行受压破坏试验。对发生畸变屈曲或局部与畸变相关屈曲的纵向加劲板的受压极限承载力和性能进行试验和理论研究,结果表明:临界屈曲模式主要取决于纵向加劲肋的刚度和母板的宽厚比。对于某些加劲板,局部屈曲和畸变屈曲之间的相互作用非常明显。畸变屈曲构件和局部与畸变相关屈曲构件展示了较大的后屈曲强度。研究纵向加劲板的的畸变屈曲强度曲线。采用直接强度法提出设计强度简化公式,用于考虑纵向加劲板的畸变屈曲及局部与畸变相关屈曲。将强度曲线与试验和有限元结果对比,验证了曲线的正确性。通过试验研究,得出有关纵向加劲板的屈曲性能的一些结论。     

焊接薄壁箱形截面轴压柱设计方法探讨

本文分析了三种现行规范对焊接薄壁箱形截面(RHS)轴心受压构件的计算规定,并介绍了一种新的有效截面法。发现这四种方法,没有或者较少考虑了构件中整体屈曲和局部屈曲的相关作用。在详细介绍了一个最新的关于焊接薄壁箱形截面构件的轴压试验后,将按四种方法计算得到的结果与试验值进行了对比,并给出对于设计焊接薄壁箱形截面轴压柱的建议。     

局部/畸变屈曲相互作用下卷边槽钢柱的后屈曲性能及直接强度设计

对直接强度法(DSM)进行改进,以计算局部/畸变屈曲相互作用下卷边槽钢柱的极限强度。首先,采用壳体有限元分析方法分析薄壁构件的几何特性和材料的非线性特性,并简单描述该分析过程的主要内容。利用该方法建立卷边槽钢柱的极限荷载"数据库",以用于改进和评估DSM设计方法。其次,简要回顾了当前计算局部和畸变作用下柱破坏时承重能力的DSM表达式,特别是考虑局部和畸变交互作用的方法。此外,研究了两种边界条件下(铰接和固接)局部/畸变屈曲相互作用下几何尺寸不同的276根卷边槽钢柱的极限荷载,给出ABAQUS软件的参数研究结果,并对其进行了讨论。最后,将这些极限强度数据与DSM计算结果进行比较,结果表明,采用DSM计算局部/畸变屈曲交互作用时需考虑某些特性。     

焊接H型钢局部纵弯失稳下抗弯强度计算

对由厚度为6.0mm、名义屈服强度为315.0MPa的钢板制成的H型钢进行了一系列弯曲试验,研究焊接H型钢的抗弯强度。截面几何形状和侧向边界条件决定了薄壁受弯构件的屈曲形式(局部屈曲、侧向扭转屈曲或交互屈曲)。翼缘或腹板宽厚比较大的受弯构件最先出现局部屈曲,继而发生侧向扭转屈曲,在交互屈曲作用下材料最终破坏。侧向扭转屈曲下局部屈曲对抗弯强度有负面影响。计算薄壁抗弯构件名义屈服应力时应将该现象考虑在内。对翼缘和腹板宽厚比不同的焊接H型钢梁进行了试验。进行有限元分析时将局部和侧向扭转屈曲模态的初始缺陷及残余应力考虑在内。基于考虑焊接型材局部和侧向扭转屈曲相互作用的试验和有限元分析结果,给出直接强度法(DSM)计算抗弯强度的简化公式。计算强度曲线与AISC规范(2005),EC3(2003)及试验结果进行比较,验证了DSM方法所计算的强度曲线的准确性。通过试验得出薄壁焊接H型钢的抗弯强度和结构性能的有关结论。     

《钢结构设计规范》(GB50017—2002)焊接工字梁腹板的局部稳定和考虑屈曲后强度的计算

与现行《钢结构设计规范》(GBJ17—88)相比,新修订的《钢结构设计规范》(GB50017—2002)对焊接工字梁腹板屈曲临界应力和局部稳定的计算作了较大的改动,增加了梁腹板考虑屈曲后强度设计的相关条文。对弯矩、剪力和局部压力单独作用下的腹板屈曲临界应力作了修正,考虑了板件的几何缺陷和材料非弹性性能,对于直接承受动力荷载的吊车梁及类似构件或不考虑腹板屈曲后强度的焊接工字梁,要求按规定配置加劲肋,并验算腹板的局部稳定性,计算局部稳定的相关公式随着临界应力的修正也作了相应的调整;建议承受静力荷载和间接承受动力荷载的焊接工字梁宜考虑腹板屈曲后强度,按考虑腹板屈曲后强度来计算梁的的抗剪和抗弯承载力,而不再验算腹板的局部稳定。本文详细介绍了规范条文修改的理论依据,比较了新旧设计方法的差异,并通过设计实例说明了新设计方法的优越性。     

The development of the direct strength method for welded steel members with buckling interactions

The direct strength method (DSM) has been adopted by the NAS (2004) and AS/NZS 4600 (2005) for the design of cold-formed steel members. The method can be successfully applied to the design of welded and hot-rolled sections. This paper reviews the development of the DSM for welded steel structural members. The design strength formulae for welded section columns and beams for the DSM are provided based on the tests performed on welded H-section, C-section, circular and rectangular hollow section columns fabricated from steel plates whose nominal yield stress is 235 MPa or 315 MPa. The comparison between the design strength of welded sections predicted by the DSM and that estimated by existing specifications is provided. This paper verifies that the DSM which adopts the nominal axial strength and flexural strength in the AISC (2010) or EC3 (2004) can properly predict the ultimate strength of welded section columns and beams.     

受弯的冷弯卷边槽钢畸变屈曲强度和其相关屈曲承载力

受弯的冷弯薄壁卷边槽钢基本上有板件局部屈曲,截面畸变屈曲和构件弯扭屈曲三种屈曲模式,随后有它们之间的相关屈曲。由于畸变屈曲模式对缺陷的敏感度高,因此其屈曲后强度提高的幅度远低于局部屈曲模式。但是与局部屈曲模式相比,畸变屈曲模式抵抗破坏的能力却很强。可以用有限单元法计算受弯卷边槽钢截面的畸变屈曲强度。本文介绍了澳大利亚-新西兰标准AS/NZS4600-2005,用手算法计算受弯卷边槽钢截面的弹性畸变屈曲应力,並用直接强度法计算其相关的屈曲承载力。     

轴向压力下多边形管柱局部屈曲的稳定性研究

对多边形薄壁钢管柱的局部屈曲进行试验研究。对3种不同截面形式(八边形、十二边形和十六边形)的6根柱进行轴向压缩试验。对于每种截面,均考虑其长细比和宽厚比的影响,并且在试验前精确测量材料的几何缺陷。试验结果显示材料的局部屈曲破坏形式取决于其截面形状。此外,材料的长细比是影响局部屈曲的主要因素。依据22组多边形薄壁钢管柱的轴心压缩试验结果对ASCE48-05、EC3、Migita和Fukumoto设计方程局部屈曲性能的预测结果进行评估。指出设计方程的缺点,Loov方程使用基于极限应力概念的新参数对方程进行了调整,使其能够适用于多边形管柱。与试验结果进行对比分析验证了新建方程的准确性。