考虑相关屈曲的轴压铝合金板件有效截面计算

根据板件屈曲微分方程的Levy解,建立了受压箱形截面及槽形截面的弹性相关屈曲理论,给出了相邻板件约束系数的计算式。在现行欧洲铝合金结构设计规范Eurocode 9关于加劲板件及非加劲板件有效截面计算的基础上,通过引入约束系数考虑了相临板件间约束作用对截面承载力的影响,从而进一步完善了铝合金受压板件的局部稳定设计理论。应用非线性有限元软件计算了均匀受压箱形截面及槽形截面铝合金短柱的极限承载力,并与建议方法作了比较。分析表明,受压板件发生局部屈曲时确实存在板组效应,且采用文中提出的计算方法得出的结果在大多数情况下是偏于安全的。     

U形肋加劲板局部稳定性试验研究

U形肋加劲板是构成钢箱梁顶板、底板的主要板件,U形肋腹板与被加劲板局部失稳是其两种主要失稳破坏模式。为研究U形肋加劲板的局部稳定性能,分别设计并制作了U形肋腹板与被加劲板壁板两组局部稳定试件,并考虑U形肋腹板宽厚比、被加劲板宽厚比以及U形肋翼缘与腹板间弯曲半径变化。通过轴压试验得到了U形肋加劲板的局部失稳破坏模式、稳定承载力、应力-位移曲线以及局部稳定折减系数。试验研究表明：随着局部板件宽厚比的增大,试件由强度破坏转变为失稳破坏,且失稳破坏特征表现得越明显。当板件宽厚比不小于22.5时,宽厚比较大的板件先于其他板件失稳。U形肋腹板与翼缘之间弯曲半径增大时,U形肋腹板宽度及宽厚比变大,导致U形肋腹板稳定承载力降低。将试验结果与公路钢桥规范中的稳定系数曲线对比发现,对于钢桥规范中的稳定曲线,采用钢材屈服强度计算得到的板件稳定承载力明显小于试验值,而采用抗拉强度计算得到的板件稳定承载力接近试验值,说明采用钢桥规范计算U形肋加劲板稳定承载力,其安全系数和钢材的抗拉强度与屈服强度比值相当。     

激光焊接不锈钢工字形截面中长柱受力性能研究

为研究激光焊接奥氏体不锈钢工字形截面轴心受压中长柱的承载性能,对10根激光焊接不锈钢工字形薄柔截面中长柱进行轴心受压试验研究,结果表明,中长柱的破坏模式均为板件局部屈曲与构件整体弯曲屈曲的相关失稳。同时,基于残余应力试验,验证了已有激光焊接不锈钢工字形截面的残余应力分布模型。基于试验结果验证了有限元模型,对激光焊接不锈钢工字形截面轴心受压中长柱开展参数分析,研究了几何初始缺陷和残余应力对中长柱稳定承载力的影响,结果表明,残余应力是影响中长柱稳定承载力的主要因素。结合试验和有限元计算结果,对CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》中轴心受压构件稳定承载力设计公式的适用性进行评估,并考虑残余应力的影响修正了轴心受压构件整体稳定设计公式的计算系数。采用修正后计算系数的规范公式能准确计算激光焊接不锈钢工字形截面轴心受压构件的稳定承载力。     

腹板开孔复杂卷边槽钢双肢拼合构件轴压性能试验研究

通过12根腹板开孔复杂卷边槽钢和Σ形复杂卷边槽钢双肢拼合工字形简支轴压构件的轴压试验，研究了构件承载能力、失稳模式和拼合作用。采用有限元软件ANSYS对试验进行了模拟，验证了分析模型准确性。并通过有限元变参数分析研究了孔高、孔宽和孔间距对拼合构件承载力的影响。结果表明：复杂卷边槽钢截面双肢拼合开孔构件的腹板多波失稳现象明显，屈曲发生时两腹板间的相互支撑作用较强；Σ形复杂卷边槽钢截面双肢拼合开孔构件能有效地控制腹板局部屈曲的发生并显著提高短柱、中长柱的承载力；设置腹板加劲肋有助于提高孔洞周围板件变形的约束作用，同时也减弱了两单肢腹板间的相互支撑作用；相同条件下，Σ形复杂卷边槽钢截面双肢拼合开孔构件的轴压承载效率与复杂卷边槽钢截面双肢拼合开孔构件相比，短柱提高了32%，中长柱提高了10%，长柱提高了2%；非加劲截面构件在不同长度下，孔高为腹板高度1/2(69 mm)时构件的稳定承载力较孔高为25 mm时下降约7%；而孔宽、孔间距对上述两类截面构件稳定承载力影响不大；此外，采用直接强度法预测非加劲截面双肢拼合构件的承载力结果偏于保守，而对加劲截面双肢拼合构件则略显不安全。     

腹板加劲卷边槽钢双肢拼合工形受压构件承载性能试验研究

为研究腹板加劲卷边槽钢拼合构件的承载性能,分别对由复杂卷边槽钢、腹板?形加劲复杂卷边槽钢和腹板V形加劲复杂卷边槽钢拼合而成的共计30根双肢拼合工字形截面简支受压试件进行了受压试验,其中轴压试件18根,偏压试件12根。研究了腹板加劲对拼合工字形截面构件承载力和失稳模式的影响。试验结果表明:腹板?形加劲槽钢能够有效减小腹板宽厚比,提高拼合截面构件的承载力;腹板加劲使畸变屈曲代替局部屈曲成为构件的主要失稳模式。研究采用有限元软件ANSYS对试件进行建模与受力分析,验证了所提出的有限元模型的准确性。通过有限元变参数分析,分析了构件长细比和偏心距对拼合截面构件承载力的影响。结果表明:轴压状态下与相同用钢量的腹板非加劲构件相比,?形腹板加劲复杂卷边槽钢双肢拼合短柱、中长柱和长柱承载力分别提高20.3%、16.0%和4.4%;腹板V形加劲复杂卷边槽钢双肢拼合短柱、中长柱和长柱承载力分别提高17.4%、8.9%和2.2%;随试件长度的增加,整体屈曲作用更为突出;随着偏心距的增大,整体弯曲屈曲逐渐起主要控制作用,3种截面构件的偏压承载力差距逐渐缩小。     

腹板加劲冷弯薄壁复杂卷边槽钢受压构件承载力试验研究

分别对复杂卷边槽钢、腹板中间进行形加劲复杂卷边槽钢、腹板中间进行V形加劲复杂卷边槽钢3种截面形式,共计30根简支受压试件进行了承载力试验,其中轴心受压试件18根,偏心受压试件12根。研究了腹板加肋复杂卷边槽钢受压构件的承载力、破坏模式及变形等性能。试验结果表明:腹板加劲有效地减小了板件宽厚比,大幅度提高了轴心受压构件及向腹板一侧偏心的受压构件的承载力,使畸变屈曲代替局部屈曲起主要控制作用。与相同用钢量下的复杂卷边槽钢构件相比,腹板中间进行形加劲可使轴心受压及向腹板一侧偏心的受压构件的承载力提高约60%~70%,腹板中间进行V形加劲可使轴心受压及向腹板一侧偏心的受压构件的承载力提高约40%~60%。有效形心偏移对偏压构件承载力的影响不可忽视。对试验进行了有限元模拟,计算结果与试验结果吻合良好。     

设纵向加劲肋后矩形钢管混凝土柱屈曲机制分析及构造建议

针对搜集的38根设肋试件的轴压试验结果,采用ABAQUS进行了有限元计算。计算结果表明,轴压承载力与试验轴压承载力误差在7%以内,破坏模式与试验破坏模式吻合较好。根据相关试验数据,对加劲肋的工作机理及受力状态进行了分析。分析结果表明,平板加劲肋截面抗弯刚度对试件承载力有明显的影响,应选取合适加劲肋抗弯刚度及截面尺寸,才能既使组合构件的承载性能得到有效发挥,同时用钢量得到合理优化;钢管屈曲模式受加劲肋刚度的影响较大,随着加劲肋刚度的增大,钢管板件逐渐由在板件横向的一个半波转变为两个半波;当加劲肋刚度达到临界刚度后,加劲肋截面面积不再影响钢管屈曲模式,但试件的轴压承载力随加劲肋面积的增大而增大。     

不同截面形式冷弯薄壁槽钢构件轴心受压承载力研究

采用ABAQUS非线性有限元软件,对3种不同截面形新型截面卷边槽钢构件在轴心受压状态下的承载力进行了分析。研究了卷边槽钢轴心受压构件的屈曲模态和极限承载力等性能。结果表明:加劲形式和卷边形式是影响试件轴心受压承载力和屈曲模式的重要因素;与无加劲形式相比,采用腹板和翼缘板件中间V形加劲有效减小了板件宽厚比,试件轴心受压承载力提高了20.51%~56.38%。     

大截面铝合金轴压构件整体稳定试验研究

随着大跨度铝合金结构的兴起,大截面铝合金构件的应用越来越广泛。为研究大截面铝合金轴心受压构件整体稳定性能,针对4个工字形6061-T6铝合金轴心受压构件和3个箱形6061-T6铝合金轴心受压构件进行了试验研究。试验中,以长细比为变量研究了构件的稳定承载力、破坏形态和荷载-位移曲线。并将试验结果与中国规范、欧洲规范和美国规范进行了对比。所有构件均发生典型的整体失稳破坏形态,中国规范与欧洲规范均对构件的承载力有明显低估,而美国规范较为准确地预测了试验结果。试验结果可为GB 50429—2007《铝合金结构设计规范》的修订提供建议。     

卷边槽形截面受弯构件畸变屈曲计算方法研究

采用能量法分析冷弯薄壁型钢卷边槽形开口截面受弯构件弹性畸变屈曲应力及其畸变屈曲稳定系数。通过与有限条法分析的畸变屈曲应力进行对比分析,表明建议的畸变屈曲应力计算公式具有较高的精度,通过简化计算得到畸变屈曲稳定系数计算公式及部分加劲板件的局部畸变屈曲统一计算公式;给出了卷边槽形截面受弯构件考虑畸变屈曲的稳定承载力计算方法。最后通过分析计算受弯构件试验的构件承载力并与试验结果进行对比,表明本文提出的计算方法是合理的,相对于现行GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》能更准确地计算受弯构件部分加劲板件屈曲稳定系数及卷边槽形截面构件的稳定承载力。     

双槽钢缀板柱绕虚轴的滞回性能试验研究

为研究双槽钢缀板柱绕虚轴的抗震性能,对6个双槽钢缀板柱足尺试件进行水平往复荷载试验研究,分析了单肢长细比、缀板线刚度、轴压比、加劲肋设置等因素对试件的承载力、破坏模式、耗能能力、变形能力及延性的影响。试验结果表明：按GB 50017—2017《钢结构设计标准》设计的双槽钢缀板柱在绕虚轴往复荷载作用下不能达到设计塑性受弯承载力,减小单肢长细比,可显著提高构件塑性抗弯承载力及初始刚度,当单肢长细比为20时,构件绕虚轴受弯承载力可达到规范相关要求;在满足规范要求的情况下,缀板及其连接焊缝未发生破坏,但提高缀板线刚度对构件绕虚轴的抗震性能影响较小;轴压比对构件抗震性能影响显著,随着轴压比增大,构件抗震性能降低;在构件塑性铰区设置加劲肋,可有效防止该区域板件的局部屈曲,提高构件的承载力、延性及耗能能力,缓解承载力及刚度退化,但塑性铰区转移至第二与第三块缀板间,试件破坏模式为单肢失稳。     

带肋薄壁方钢管混凝土轴压短柱设计探讨

薄壁方钢管混凝土能取得较好的经济效果,适宜在结构中用作柱构件。但薄壁钢管在荷载较大时易发生局部屈曲,且降低对混凝土的约束。研究表明,在钢管纵向设置加劲肋可有效延缓管壁局部屈曲,改善构件工作性能。针对该新型方钢管混凝土轴压短柱,探讨子板件最大宽厚比及加劲肋的最小刚度确定方法。最后利用国内外常用的钢管混凝土设计规范对已有充分加劲的试验构件进行承载力计算,通过分析比较确定这些规范计算公式的适用性,供工程实践参考。     

腹板开矩形孔复杂卷边冷弯槽钢梁局部屈曲性能及直接强度法研究

为了研究腹板开孔复杂卷边冷弯槽钢梁的局部屈曲性能，以及探究北美冷弯型钢结构设计规范(AISI S100-2016)中腹板开孔冷弯槽钢梁局部屈曲直接强度法计算公式的可靠性，对孔高比(孔洞高度与腹板高度的比值)分别为0、0.2、0.4、0.6和0.8的10个腹板开矩形孔复杂卷边冷弯槽钢梁纯弯试件进行了静力试验研究。试验结果表明，开孔和不开孔试件均发生以局部屈曲为主的屈曲破坏模式，与不开孔试件相比，开孔试件的受弯承载力下降，且下降幅度随孔高比的增大而增大。利用ANSYS有限元程序对试验进行了模拟分析，分析结果与试验结果吻合良好；在此基础上，采用经试验验证的有限元模型，通过变换腹板高度、板厚和孔高比开展了有限元参数分析，并根据有限元参数分析结果对已有腹板开孔冷弯槽钢梁的弹性局部屈曲临界应力近似计算公式进行了修正。基于试验结果、有限元参数分析结果以及修正的弹性局部屈曲临界应力近似计算公式，对AISI S100-2016中开孔冷弯槽钢梁发生以局部屈曲为主破坏时的直接强度法计算公式进行了修正。     

Experimental research on mechanical behavior of concrete-filled thin-walled stiffened square steel tubular short column under axial load

为研究带肋薄壁方钢管混凝土轴压短柱的受力性能,以钢管宽厚比、加劲肋宽度和加劲肋个数为参数,对26个薄壁方钢管混凝土短柱进行了试验研究。研究结果表明：对于无肋试件,在达到承载力以前管壁已经发生鼓曲,且试件宽厚比越大,鼓曲越早发生,鼓曲部位的钢管截面越早退出工作,没有发挥出钢管混凝土的优势。设置加劲肋后薄壁方钢管混凝土短柱的受力性能得到明显改善,钢管壁的局部鼓曲得以延缓,材料强度得到了充分利用,试件承载力提高。当试件宽厚比为60、80时,加劲肋宽度对试件承载力影响最明显,加劲肋宽度越大,承载力越高,增加加劲肋个数对试件承载力影响不大;而当试件宽厚比为100时,设置单个加劲肋已不能满足对管壁局部屈曲的抗弯刚度要求,必须增加加劲肋的个数以增加约束钢管变形的支撑点,减小管壁局部屈曲的波长,提高试件局部屈曲的临界荷载。同时利用ABAQUS有限元计算软件对薄壁带肋方钢管混凝土轴压短柱的受力全过程进行了模拟,并将试验结果与有限元模拟结果进行了对比,两者吻合良好,为下一步分析奠定基础。     

冷成型不锈钢管轴心受压柱试验研究

为研究冷成型不锈钢管轴心受压柱的稳定性能,进行了国产304牌号冷成型不锈钢方管、矩形管和圆管截面,共43根轴心受压柱试验。通过对不锈钢材料、轴压短柱试件和轴压长柱试件的试验研究,得到了试件的材料力学性能和极限荷载。分析了试件的长细比、宽厚比（径厚比）对其破坏模式及变形性能的影响。结果表明：试件的宽厚比（径厚比）对其破坏模式及变形性能有较大的影响。采用GB 50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、欧洲不锈钢结构设计规范、美国冷成型不锈钢结构设计规范中的计算方法以及Rasmussen提出的设计方法对试验试件进行了计算,并与试验数据对比结果表明,对于圆管试件,采用三本规范计算得到的承载力均高于试验值,偏于不安全,采用Rasmussen 提出方法的计算结果与试验值较为接近;对于方矩管试件,各种方法计算结果相近,除短柱试件试验结果高于计算结果外,其余试件试验值均与计算结果吻合较好;GB 50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》中的计算方法不能直接用于计算不锈钢管轴心受压柱承载力。     

Buckling behavior improvement of steel plate shear wall systems

To improve buckling stability and to prevent early elastic buckling of infill plates, vertical and horizontal plate stiffeners are designed for steel plate shear wall (SPSW) systems. Furthermore, effective design of stiffeners for SPSW systems results in improved structural behavior, such as increase of stiffness, capacity and energy absorption. In this paper, the effect of stiffeners is studied on SPSW structural behavior and consequently a rational method is proposed to determine the minimum required moment of inertia for stiffeners resulting in local buckling mode of the infill plate. The proposed requirement is then compared to results obtained from tests previously conducted, as well as those gained from finite element (FE) analyses performed for this study. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

不锈钢轴心受压柱弯曲屈曲承载力分析

为给我国《不锈钢结构技术规范》中轴心受压柱弯曲屈曲稳定部分的编制提供依据,对国外已有的同类构件的设计方法和试验研究数据进行搜集和对比。结果表明：目前的欧洲不锈钢结构设计规范和美国冷成型不锈钢结构设计规范中计算该类构件的公式均存在一定不足。依据搜集到的199个方管、矩形管、圆管、椭圆管、焊接H形钢和冷弯C型钢截面柱的试验数据,根据冷弯效应及残余应力对轴心受压构件稳定性能的影响,将构件依据截面形式分为A、B、C三类,其中方管、矩形管和冷弯C型钢为A类,圆管和椭圆管为B类,焊接H形钢为C类,三类轴心受压稳定曲线均采用Perry公式形式表达。与试验数据对比表明：采用三类曲线能较好地估算构件的稳定承载力且离散性较小。对提出的计算式进行可靠度分析,结果表明其可靠度指标β满足我国GB 50068-2001《建筑结构可靠度设计统一标准》的要求。     

槽钢加劲钢板剪力墙受力性能研究

竖向槽钢加劲钢板剪力墙由内嵌钢板、边缘构件和墙板两侧对称布置的竖向槽钢加劲肋组成。槽钢加劲肋具有较高的抗弯、抗扭刚度,可为墙板提供有效的面外约束和轴向支撑作用。利用有限元分析软件ABAQUS对槽钢加劲钢板墙进行屈曲分析和静力弹塑性分析,研究槽钢距边缘构件距离、钢板宽厚比、高厚比、肋板刚度比和柱刚度对钢板墙及边缘构件力学性能的影响。结果表明,槽钢加劲肋至边缘构件的距离主要影响钢板墙的平面外变形,对钢板墙屈曲应力和承载力的影响较小。槽钢加劲肋可以有效提高墙板的屈曲应力。随着宽厚比和高宽比的减小,结构的承载力和刚度均显著提高。增大肋板刚度比可提高钢板墙的初始刚度和屈曲应力,肋板刚度比应大于20。为避免边框柱变形过大或过早破坏,边框柱应具有足够的刚度,增大柱刚度可以提高钢板墙的初始刚度,减缓墙板刚度的退化。     

Behavior of steel plate shear wall connected to frame beams only

This paper presents the study of steel plate shear walls which are connected to frame beams only. As the shear walls are not connected to frame columns, the premature failure overall buckling or local buckling of frame columns can be prevented. In fact, most of both structural design engineers and architects prefer this kind of steel plate shear walls because the dimension of their opening space is relatively flexible by using several steel plates with small span-to-height ratio placed parallel to each other. In this paper, two steel plate shear walls were fabricated and tested. The influence of stiffeners on the hysteretic behavior of this kind of member was studied. The experimental results showed that this kind of specimen had good ductility and energy dissipation capacity. The energy dissipation capacity of specimen with stiffeners was larger than that of the specimens without stiffeners. Meanwhile, the finite element method was applied to analyze the behavior of steel plate shear walls, whose results were validated by comparing with the corresponding experimental results. Analytical results showed that the free edges deformed with evident out-of-plane deformation and should be constrained by stiffeners to meet the design requirements. The energy dissipation capacity is much better for steel plate shear walls with lower height-to-thickness ratio and larger span-to-height ratio. At last, the skeleton curve of steel plate shear wall was proposed for calculating the elastic rigidity and load-carrying capacity.