钢轴心受压截面设计方法

在钢轴心受压构件设计中，由于牵涉到的未知量太多，截面设计往往是按已有工程经验进行初选或采用试算法，步骤繁杂，且须多次调整。为了解决这一问题，本文试从对轴心受压构件两方向等稳定的角度出发，依据局部稳定的条件，推导出轴心受压工字形焊接组合截面的计算公式，以直接计算长细比A人手进行截面选择。利用本文公式进行截面选择，可一次完成，计算工作量较小。1公式推导如图1所示为一焊接组合工字形截面，由《钢结构规范》（GBJ17—88），轴心受压构件须满足下列条件：整体稳定要求：川（…）钉（l）刚度要求：人＜冈、＜闪①图1焊…     

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。     

460MPa级高强度钢材工字形截面轴心受压柱局部稳定有限元分析和设计方法研究

为研究标准屈服强度为460 MPa的高强度钢材工字形截面轴心受压柱的局部稳定受力性能,采用通用有限元软件ANSYS建立有限元模型,考虑残余应力和局部初始几何缺陷的影响,与已有的460 MPa高强度钢材工字形截面轴心受压柱试验进行对比分析,验证了有限元建模方法的正确性。利用经过验证的有限元模型,针对460 MPa高强度钢材工字形截面轴心受压柱的局部屈曲性能进行有限元参数分析,并将已有试验结果、有限元参数分析结果,与中国、美国和欧洲钢结构设计规范中的设计曲线进行对比,提出新的设计公式。结果表明:钢板厚度、钢板长宽比、局部初始几何缺陷幅值和残余压应力值对构件翼缘极限承载力的影响很小,但对翼缘局部屈曲承载力有较大影响;所提出的建议设计计算公式相对于中国、美国和欧洲钢结构设计规范中的设计计算方法,更加适用于460 MPa工字形截面轴心受压柱极限应力和局部屈曲应力的设计计算。     

焊接组合工字形截面轴心受压构件的快捷设计

对于焊接组合工字形截面轴心受压构件，根据等稳原则，结合局部稳定、刚度条件和施工构造要求，推导出构件轴压力与其长细比之间的关系表达式，从而快捷得到轴心受压构件的最佳长细比。最后根据局部稳定的要求得到相应的截面参数，截面设计准确、简捷。     

双轴对称实腹式压弯钢构件截面的等效轴心受压荷载设计法

钢结构中的压弯构件应用最广,但由于其受力复杂,要考虑诸多因素,因而以往设计时常根据构造要求或经验试选截面尺寸,然后进行稳定、强度等各项验算;当验算不满足设计要求时,需修正截面,重新计算,直到满足为止.因此,合适截面的选定通常不能一次完成.本文对钢结构工程中广泛应用的图1所示双轴对称实腹式压弯构件截面,给出了采用等效轴心受压荷载[1],按轴心受压构件进行设计的方法,可避免反复修正.该设计方法概念明确,只需要很少的公式和表格,比文献[2]和文献[3]介绍的设计方法更为简便实用,且可推广用于双向压弯构件截面的设计.     

特高压Y型截面角钢输电塔设计研究

由于双拼十字角钢截面受力不均及经济性较差,本文提出采用角钢焊接钢板的Y型组合截面设计特高压铁塔.经过构件有限元分析、构件与铁塔真型试验,获得Y型截面合理的轴心受压承载力计算方法,Y型截面角钢轴心受压承载力可按钢结构规范b类柱子曲线及相关弯扭失稳折算公式进行计算,相比双拼十字角钢节省输电塔材料量约7%.     

高强度钢材工字形截面轴心受压短柱局部稳定试验研究

针对高强度钢材焊接工字形截面轴心受压短柱的局部稳定性能,对9个Q460C工字形截面短柱进行轴心受压试验,分析试件局部屈曲应力、极限应力随板件宽厚比的变化规律,研究翼缘、腹板嵌固系数的取值。此外,将屈曲应力、极限应力试验结果与我国、美国和欧洲钢结构设计规范的相应设计计算结果进行对比分析,研究相应规范对于高强度钢材的适用性。结果表明：翼缘的嵌固系数可取为定值1.0,腹板的嵌固系数不宜取为定值;GB 50017-2003《钢结构设计规范》中关于高强度钢材工字形截面短柱的局部屈曲应力的计算结果是不合理的;AISC 360-05规范的极限应力计算值误差较大,但偏于保守;Eurocode 3规范的极限应力计算值与试验值较为接近,但大部分计算结果较试验值偏大。为此,建议提出新的公式计算工字形截面短柱的局部屈曲应力,而对Eurocode 3规范关于工字形截面短柱的极限应力计算公式进行修正,使其能适用于Q460C高强度钢材。     

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.     

冷弯薄壁型钢双肢拼合构件轴压承载力研究

目前我国相关规范对冷弯薄壁型钢组合截面构件的承载力设计方法比较粗略。基于已有的卷边槽形截面构件和由其组成的组合箱形截面构件的轴心受压承载力试验研究结果,通过有限元模拟和理论分析研究了此类构件拼合前后的受力性能的差异。分析了安装误差和连接件间距对拼合构件承载力的影响。提出了针对组合箱形和工字形截面构件的轴心受压承载力设计方法。研究表明,组合箱形截面构件的整体屈曲和畸变屈曲承载力较单肢截面构件有一定提高,而组合工字形截面构件仅整体屈曲承载力有一定提高。设计承载力与试验结果的比较表明,所提出的建议设计方法基本合理,可为相关规范的编制提供参考。     

奥氏体型不锈钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定性能试验研究

为了研究奥氏体型不锈钢材轴心受压构件的整体稳定性能,对6根奥氏体型不锈钢焊接箱形截面柱进行了轴心受压试验研究,在试验前对试件的几何初弯曲进行了测量,在试验过程中对荷载初偏心进行了量测。基于试验结果,分析了该类型构件的失稳破坏形态和整体稳定承载力,并与欧洲钢结构规范和中国钢结构规范进行了对比。结果表明此次试验数据高于欧洲钢结构规范和中国钢结构规范的设计曲线,设计曲线较为保守。     

高强焊接圆钢管轴心受压整体稳定性能设计方法研究

关于高强度焊接圆钢管受力性能的研究尚处于起步阶段,我国《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)中针对焊接圆钢管轴心受压构件的整体稳定设计方法缺乏足够的研究依据,因此有必要对焊接圆钢管的整体稳定性能进行深入研究。利用ANSYS有限元软件对试验试件进行数值模拟计算,基于验证模型,对不同强度等级钢材和不同截面尺寸的高强度焊接圆钢管受压构件进行有限元参数分析。通过与国内外规范进行对比,最终对高强度焊接圆钢管的整体稳定设计方法提出两种建议:一是对于高强度焊接圆钢管截面轴心受压整体稳定承载性能可按照我国《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)或欧洲规范Eurocode 3的a类柱子曲线进行设计计算;二是基于我国《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)和欧洲规范Eurocode 3中的柱子曲线的公式形式,更新柱子曲线的缺陷系数,给出了新的设计曲线。     

空心钢管混凝土轴心受压构件的工作性能和承载力

介绍了离心法生产的各种截面空心钢管混凝土构件轴心受压时的工作性能。工作性能是随着套箍系数和空心率的变化而变化,呈系列化和连续性.符合统一理论的推断.用有限元法确定各种截面构件的组合抗压强度标准值和设计值,按具有e0=L/1000初始偏心的受压构件用有限元法确定圆钢管混凝土构件轴心受压的临界应力,对于多边形和方形截面构件,根据等效圆截面的欧拉临界应力的比较,导得多边形和方形截面构件的轴压稳定系数,以及空心多边形和方形截面构件的轴压稳定系数。进行了圆形,方形和多边形轴压短柱的试验,试验结果与计算结果吻合很好。同时导出轴心受压时统一的强度和稳定承载力设计公式,该公式对各种实心和空心,圆形和多边形截面都适用,使用方便,可供设计采用。     

钢结构轴心受压构件和压弯构件截面的直接设计法

钢结构的轴心受压构件和压弯构件应用最广,但其截面设计通常需采用试算法,不能一次完成.本文对轴心受压构件的截面设计采用已有的确定合适长细比法,制成简单的两张表格供查用,可一次确定合适的长细比.对双轴对称截面的压弯构件采用等效轴心受压荷载法,按轴心受压构件设计压弯构件的截面,可避免反复试算.     

高强度钢材轴心受压构件的受力性能

介绍了高强度钢材在实际工程中的应用状况,基于高强度钢材焊接截面钢柱轴心受压试验结果,给出了高强度钢材焊接箱形和焊接I形截面的残余应力分布,并结合多个国家的钢结构设计规范对试验结果进行了分析计算、讨论和比较,对高强度钢材焊接截面轴心受压构件整体稳定和局部稳定受力性能进行了研究。研究结果表明,焊接箱形和焊接I形(绕弱轴,翼缘为焰切边)两种截面(板厚<40mm)的高强度钢材(屈服强度690MPa)轴心受压构件的整体稳定系数高于普通钢材钢构件,可以划分为b类截面;而翼缘的局部稳定性能没有明显提高,翼缘宽厚比限值仍可采用我国现行钢结构规范的规定值。     

焊接工字形钢轴压构件截面设计的直接算法

通过对工字形截面参数h/b,b/t,tw/t的合理选择 ,导出截面特性的简化表达式 ,从而将轴心受压构件稳定性的计算公式转换为长细比λx(或λy)的方程式 ,利用解出的λx(λy)直接计算出经济合理的截面尺寸。该方法克服了试算法的缺点 ,避免了反复验算。     

轴心受压柱焊接工字形截面的速选法

<正> 通常在选定轴心受压柱焊接钢板工字形截面时,大都采用试算法,试算既费时间,又往往未必能获得最优截面。本文针对强弱轴两个方向计算长度可以不同、截面未定的三块板焊接双轴对称工字形截面(图1),采用自编速选计算法,则可以一次性选出经济合理的截面。     

不锈钢箱形截面轴心受压构件整体稳定性有限元研究

为研究不锈钢箱形截面轴心受压构件的整体稳定性,采用ANSYS软件对奥氏体和双相体两种不锈钢箱形截面轴心受压构件的整体稳定性进行了数值模拟,模拟中考虑了材料的非线性本构模型、构件的初始几何缺陷、残余应力的影响。重点通过不锈钢箱形截面构件在轴压作用下的荷载-位移曲线、截面应变发展情况及极限承载力对其整体稳定性能进行阐述。通过对比有限元模拟值、试验值以及根据规范计算的承载力,认为采用ANSYS软件能对不锈钢箱形截面轴心受压构件进行准确地模拟,残余应力对箱形截面的极限承载力影响较小,《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)不适用于不锈钢整体稳定性设计。     

960 MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定试验研究

针对960 MPa高强度钢材轴心受压构件的局部稳定性能,对4个箱形截面试件和4个工字形截面试件进行了轴心受压试验。分析了试件的局部稳定性能,并将试验结果与我国、美国和欧洲钢结构设计规范的相应设计计算结果进行了对比分析,研究各国规范对960 MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定性能设计计算的适用性。研究结果表明：当构件的板件宽厚比相同时,960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲后强度要大于460 MPa高强度钢材构件,960 MPa高强度钢材构件应考虑钢材的屈曲后强度;我国现行钢结构设计规范中关于轴心受压构件局部屈曲应力的计算结果不适用于960 MPa高强度钢材构件;在试验钢材板件宽厚比范围内,960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲承载力,采用美国规范和欧洲规范的设计计算结果较为准确。     

960 MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定试验研究

针对960 MPa高强度钢材轴心受压构件的局部稳定性能,对4个箱形截面试件和4个工字形截面试件进行了轴心受压试验。分析了试件的局部稳定性能,并将试验结果与我国、美国和欧洲钢结构设计规范的相应设计计算结果进行了对比分析,研究各国规范对960 MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定性能设计计算的适用性。研究结果表明:当构件的板件宽厚比相同时,960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲后强度要大于460 MPa高强度钢材构件,960 MPa高强度钢材构件应考虑钢材的屈曲后强度;我国现行钢结构设计规范中关于轴心受压构件局部屈曲应力的计算结果不适用于960 MPa高强度钢材构件;在试验钢材板件宽厚比范围内,960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲承载力,采用美国规范和欧洲规范的设计计算结果较为准确。     

各国规范轴心受压构件相关稳定设计方法对比分析

钢结构轴心受压构件在板件宽厚比超过一定范围时会发生整体局部相关失稳。介绍美国、欧洲、中国和英国4种钢结构设计规范中关于轴心受压构件相关稳定的设计方法,并以焊接工字型截面轴心受压构件为例对各种规范的设计方法进行对比分析。美国钢结构设计规范通过引入屈曲折减系数Q对强度进行折减的方法考虑板件局部屈曲的影响,欧洲和英国钢结构设计规范均采用有效截面面积考虑板件的局部屈曲,并对构件长细比进行一定程度的折减。我国钢结构设计规范对于轴心受压构件相关稳定的设计方法仍需进一步研究和完善。