550MPa高强冷弯薄壁卷边槽钢受弯构件畸变屈曲试验研究

为了研究屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢受弯构件的畸变屈曲性能,分别对直卷边、斜卷边和复杂卷边3种卷边形式的12组高强冷弯薄壁槽钢受弯试件进行了静力试验研究,其中纯弯试验6组,非纯弯试验6组。试验结果表明,卷边形式是影响试件发生畸变屈曲或局部和畸变相关屈曲的重要因素。相同卷边形式下,非纯弯试件的承载力均高于纯弯试件的承载力,且提高幅度与试件屈曲破坏模式有关,只发生畸变屈曲的试件承载力提高幅度最大,而在发生局部和畸变相关屈曲的试件中,由畸变屈曲引起破坏的试件承载力提高幅度次之,由局部屈曲引起破坏的试件承载力提高幅度最小。     

货架立柱稳定性能的有限元分析

利用ANSYS软件对货架立柱稳定性能进行了分析,主要分析构件壁厚、长度、腹板加劲肋的高度、再卷边宽度对立柱稳定性能的影响。分析得出立柱主要发生4种类型的破坏:局部相关屈曲破坏、畸变屈曲破坏、整体弯扭屈曲破坏及畸变与整体相关屈曲破坏。构件局部屈曲受腹板加劲肋高度影响较大;畸变屈曲受再卷边宽度影响显著,而构件长度、壁厚对几种屈曲模式都有影响。     

冷弯薄壁型钢轴压构件畸变与整体相关屈曲承载力计算方法研究

基于我国《冷弯型钢结构技术规范》(征求意见稿)和北美规范及澳洲/新西兰规范中的直接强度法,利用国内外已有的试验数据,计算了60根破坏模式为畸变与整体相关屈曲的轴压试件以及50根破坏模式为畸变屈曲的轴压试件的承载力。通过计算值与试验值的对比分析表明：我国《冷弯型钢结构技术规范》(征求意见稿)中直接强度法所计算的轴压试件畸变与整体相关屈曲的承载力与试验值之比的平均值接近1.0,结果较为理想;计算所得的轴心受压试件畸变屈曲的承载力明显高于试验值,偏于不安全。基于上述结果,对《冷弯型钢结构技术规范》(征求意见稿)中直接强度法计算畸变屈曲的承载力提出了相应建议,即畸变与整体相关屈曲的承载力计算公式和畸变屈曲的承载力计算公式不应统一,应区别对待或给出附加核查条件,在计算畸变半波长度和畸变屈曲的承载力时,采用屈服荷载而非构件整体稳定承载力。     

冷弯薄壁型钢多肢拼合柱轴压试验研究

针对单肢C形和U形截面及由其拼合而成的双肢和四肢截面冷弯薄壁型钢柱轴压承载力,进行了66根(共6种截面,5种长度)两端铰接的多肢拼合截面冷弯薄壁型钢柱轴压试验,研究了长细比、肢数及拼合形式对冷弯薄壁型钢多肢拼合柱轴压受力性能的影响。试验结果表明:长细比小于70的开口截面易发生畸变屈曲,闭口截面则发生局部屈曲;长细比大于70的试件则以整体屈曲破坏为主;随着试件的长度增加,其轴压承载力逐渐降低。相对于单肢截面,相同高度的拼合截面长细比减小,试件破坏形式随着长细比减小而从整体屈曲控制变为畸变屈曲和局部屈曲控制,轴压承载力提高。试验结果为多肢拼合截面柱设计计算提供了试验数据支持。     

G550高强冷弯薄壁Z形钢受弯构件承载力试验与直接强度法研究

为了研究高强冷弯薄壁型钢构件的受弯性能和完善直接强度法,对卷边形式为斜卷边、直卷边和复杂卷边的12个G550高强冷弯薄壁Z形钢受弯试件进行了静力试验。试验结果表明,卷边形式对试件屈曲模式和受弯承载力有显著影响,试件发生了局部与畸变相关屈曲或畸变屈曲,直卷边试件的承载力高于斜卷边试件的承载力,复杂Ⅱ型卷边试件的承载力高于复杂Ⅰ型卷边试件的承载力。根据试验结果并结合现有国外直接强度法公式,回归出G550高强冷弯薄壁Z形钢受弯构件发生局部与畸变相关屈曲变形时的承载力直接强度法修正公式,当此类构件发生畸变屈曲时,无需再修正现有直接强度法公式。建立有限元模型对试验进行了分析,分析结果与试验结果吻合良好。在此基础上,利用大量有限元分析结果验证了直接强度法修正公式比现有直接强度法公式对此类构件的承载力的预测更为安全可靠。     

高强冷弯薄壁型钢轴压柱畸变屈曲研究

550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压柱发生畸变屈曲时会出现三种模式（O—O,O-I,I—I）,考虑材料和几何双重非线性的有限元法对三种畸变屈曲模式的构件承载力、变形模式、畸变屈曲应力、横截面应力的分布等相关性能进行比较分析,可看出三种畸变屈曲模式诸性能存在较大不同,同时畸变屈曲与局部屈曲、整体屈曲在相关性能方面也存在不同。采用直接强度法对畸变屈曲轴压柱极限承载力进行计算,计算结果与试验结果较吻合,故在计算畸变屈曲轴压柱极限承载力时建议采用直接强度法．     

锈损H型钢短柱偏心受压试验研究

为研究腐蚀损伤对H型钢压弯构件承载性能的影响,特别是局部屈曲性能,设计了6根不同锈蚀程度的H型钢短柱。首先进行最长达15个月的户外加速腐蚀试验、然后进行板材单调拉伸试验以及短柱的偏心受压试验,最后分析其力学性能参数、破坏模式、极限承载力和变形性能与锈蚀程度的关系。结果表明:随着锈蚀程度的增加,H型钢短柱试件的极限荷载和临界屈曲荷载呈逐渐下降的趋势;锈蚀导致局部屈曲半波长逐渐减小,削弱了试件的塑性变形能力,降低了试件的偏压承载力。     

冷弯薄壁卷边槽钢绕弱轴偏心受压构件承载力试验研究

为研究C型冷弯薄壁型钢压弯构件稳定性能,特别是其畸变屈曲性能,设计了38个冷弯薄壁卷边槽钢(C型钢)绕弱轴偏心受压短柱和中长柱试件,对其进行承载力试验,分析其破坏模式、极限承载力和变形性能。研究结果表明:正偏心受压试件的破坏主要由畸变屈曲模式控制,而典型的负偏心受压试件的破坏则主要受局部屈曲控制。对于中长柱试件,破坏还包含与整体屈曲的相关屈曲特征。正偏心受压试件承载力随腹板高厚比的增加而提高,而负偏心受压试件则呈现相反的规律。将试验结果和其他已有的试验研究数据与按GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》和北美(加拿大)规范S 136-12计算的试件承载力进行了对比,结果表明:对于负偏心受压构件,当应力不均匀系数ζ(截面上最小应力与最大应力的比值)趋于0并偏向负值(偏心距较大)时,随着ζ的减小,GB 50018—2002计算值与试验值的误差呈现逐渐增大的趋势,明显偏于不安全,当ζ≥-1.6时,按S 136-12对构件承载力的预估偏于安全;对于正偏心受压构件,当ζ≥-0.2时,GB 50018—2002和S 136-12对构件承载力的预估在多数情况下偏于保守,但其计算值离散性较大。     

H形钢部分包裹混凝土组合中长柱轴心受压承载力试验研究

为了研究H形钢部分包裹混凝土(PEC)组合中长柱的极限承载力,用Q235B和Q345两种钢材制作12个PEC中长柱,对其进行轴心受压承载力试验,试验主要考虑含钢率、混凝土强度等因素。研究分析了焊接H形钢部分包裹混凝土组合中长柱的轴心受压极限承载力、荷载-位移曲线,对试件的承载力和稳定系数进行了理论和试验结果的对比。结果表明:焊接H形钢部分包裹混凝土组合中长柱的破坏模式有混凝土被压碎、柱整体弯曲、柱翼缘局部屈曲;在试验长度范围内,PEC柱承载力的影响因素主要有含钢率和混凝土强度等级,含钢率越大承载力越高,高强度混凝土可以大幅提高PEC柱的承载力;按照叠加原理公式计算的PEC柱承载力基本都低于试验极限承载力,试验得到的整体稳定系数都高于按《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)得到的稳定系数,偏于安全;高强度钢和低强度等级混凝土不能很好地发挥协同作用,低强度等级混凝土只起到填充作用,强度发挥很小。     

屈曲约束支撑与钢框架节点板连接的抗震性能#br# 试验与分析研究

屈曲约束支撑作为耗能减震构件,其与钢框架连接形成屈曲约束支撑钢框架结构体系。然而目前对于屈曲约束支撑与节点板不同连接形式的抗震性能和破坏模式尚缺乏研究。为了获悉不同连接形式对屈曲约束支撑钢框架结构抗震性能和破坏机理的影响,进行5榀屈曲约束支撑与钢框架节点板连接试件的水平低周往复荷载试验,观察试验现象和破坏特征,考察屈曲约束支撑与节点板两端采用销轴连接、螺栓连接、焊接连接和混合连接对钢结构抗震性能的影响,研究屈曲约束支撑与钢框架节点板连接试件的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、刚度退化、耗能能力等抗震性能指标,探讨屈曲约束支撑与钢框架节点板转动变形和关键部位的应变规律,分析结构的破坏模式和各构件屈服顺序。结果表明：屈曲约束支撑的芯板先于梁、柱和节点板屈服,试件滞回曲线饱满,表现出良好的抗震性能和延性。文章研究成果以期为屈曲约束支撑钢框架结构设计和应用提供科学依据。     

An experimental investigation of distortional buckling of steel storage rack columns

An experimental investigation on the behavior of steel storage rack columns subjected to compression is presented. Members of different lengths are tested, but special attention is focused on the behavior of the specimens having lengths that make them subject to distortional buckling. This mode of buckling can be observed in moderately long specimens; namely, longer than the stub columns used for the determination of the local buckling strength, but short enough to avoid the effects of global buckling. The deformation experienced by these specimens is measured, and it is observed that there is a range of member lengths where the failure mode is a combination of distortional buckling and global buckling modes. Furthermore, it is verified that, although the effect of the interaction between these modes on the member strength is not large, the accuracy of the current design procedures improves if it is considered in the calculations.     

Q690高强钢焊接箱形轴压构件整体稳定研究及设计建议

为研究Q690高强钢焊接箱形轴心受压构件的整体稳定性能,给出适合该类构件的设计建议,通过对3根Q690焊接箱形截面试件的残余应力试验,得到了箱形截面的残余应力分布模型。设计并制作了5根Q690焊接箱形柱,并对其两端铰支条件下进行了轴压试验研究,试验前分别对试件的几何初始缺陷和初始偏心均进行了测量。轴压试验中,所有试件破坏形式均为整体失稳破坏。基于试验结果,分析了该试件的整体稳定性能,采用直接分析法建立了数值模型,并校验了数值模型的准确性。同时,采用该数值模型对箱形轴压构件进行了参数分析,基于试验和参数分析结果,给出了Q690焊接箱形轴压构件的一阶弹性设计建议。     

冷弯薄壁卷边槽钢轴压构件畸变与局部相关屈曲试验研究

对卷边尺寸不同的两类腹板中间设置加劲卷边槽形截面,共18个冷弯薄壁型钢固支轴压试件进行畸变屈曲与局部屈曲相关作用的静力试验研究。得到试件的屈曲模式、相关屈曲行为、破坏模式以及极限荷载。试验结果表明：畸变屈曲与局部屈曲的耦合相关对试件的变形和极限荷载有不利作用;畸变屈曲与局部屈曲的耦合相关作用存有较大的屈曲后承载力;畸变屈曲与局部屈曲的耦合相关顺序,即畸变屈曲 局部屈曲耦合相关、局部屈曲 畸变屈曲耦合相关,对试件的变形、非线性平衡路径、破坏模式以及极限荷载的影响有所不同。采用ABAQUS有限元软件对试件进行模拟分析,计算结果与试验结果吻合良好。     

冷弯薄壁斜卷边槽钢受压构件的承载力试验研究

为了研究冷弯薄壁斜卷边槽钢简支柱的受压性能,对三种截面形式(卷边相对翼缘的弯起角度分别为45°、90°、135°)、三种不同长度(500mm1、250mm2、000mm)共计30根冷弯薄壁卷边槽钢简支柱进行了破坏性试验研究。研究结果表明,卷边弯起角度及荷载作用位置对试件的受压极限承载力和破坏模式影响显著。三种截面形式的试件都具有一定的屈曲后强度,其中大部分试件的破坏模式中包含有畸变屈曲模式。在偏心距相等的情况下,卷边弯起角度为45°的试件受负向偏心荷载时的受压承载力比90°和135°的试件略高;相反,受正向偏心荷载时,前者的受压承载力明显低于后两者。此外,对试验进行了有限元模拟,计算结果与试验结果吻合良好。     

Design of cold-formed steel unequal angle compression members

Cold-formed steel unequal angles are non-symmetric sections. The design procedure of non-symmetric sections subjected to axial compression load could be quite difficult. The unequal angle columns may fail by different buckling modes, such as local, flexural and flexural–torsional buckling as well as interaction of these buckling modes. The purpose of this study is to investigate the behaviour and design of cold-formed steel unequal angle columns. A nonlinear finite element analysis was conducted to investigate the strength and behaviour of unequal angle columns. The measured initial local and overall geometric imperfections as well as the material properties of the angle specimens were included in the finite element model. The finite element analysis was performed on fixed-ended columns for different lengths ranged from stub to long columns. It is demonstrated that the finite element model closely predicted the experimental ultimate loads and the behaviour of cold-formed steel unequal angle columns. Hence, the model was used for an extensive parametric study of cross-section geometries. The column strengths obtained from the parametric study were compared with the design strengths calculated using the North American Specification for cold-formed steel structural members. It is shown that the current design rules are generally unconservative for short and intermediate column lengths for the unequal angles. Therefore, design rules of cold-formed steel unequal angle columns are proposed.     

460MPa高强钢柱整体屈曲性能:试验研究及设计方法

受压柱的整体屈曲性能是钢结构研究的重要课题之一,尤其是近几年来应用越来越多的高强钢。对460MPa高强受压构件的整体屈曲性能进行试验研究。对包括焊接箱形截面和I形截面的12根钢柱进行试验。测量构件的残余应力、初弯曲和加载偏心率等初始缺陷。结合试验结果研究其屈曲变形和屈曲承载力。建立有限元模型,并与当前及以往研究中考虑初始缺陷的试验数据进行对比。采用经过验证的模型对大量不同截面尺寸和不同长度的柱的屈曲承载力进行估算,并将计算结果与其他钢结构规范的设计值进行对比。结果表明:460MPa高强钢柱,其无量纲屈曲强度与普通强度钢柱相比明显提高,并给出了相应的柱曲线和设计公式。     

Overall buckling behavior of 460 MPa high strength steel columns: Experimental investigation and design method

Overall buckling behavior of compression columns is one of the most important research subjects in steel structures, especially for high strength steel which has been increasingly applied in recent years. An experimental investigation was carried out to study the overall buckling behavior of 460 MPa high strength steel compression members. Totally twelve columns including welded box and I-sections were comprised. The initial imperfections such as the residual stress, initial bending and loading eccentricity were all measured. Based on experimental results the buckling deformation and capacity were investigated. A finite element model was established and further validated by comparing with the test data in both present study and other previous researches, in which initial imperfections were taken into account. A large number of columns with various section dimensions and lengths were calculated by using the validated model, and their buckling capacities were compared with design values according to different steel structures specifications. It was found that the nondimensional buckling strength of such 460 MPa high strength steel columns were significantly improved compared to normal strength steel columns, and corresponding column curves and design formulae were suggested.     

960 MPa高强度钢材轴压构件整体稳定性能试验研究

为研究960 MPa高强度钢材轴压构件的整体稳定性能,对6个焊接工字形和等边箱形截面试件进行了静力试验研究,测量了试件的几何初弯曲、荷载初偏心以及截面残余应力分布等初始缺陷,分析了试件的失稳破坏形态,得到了整体稳定承载力,并与规范设计曲线进行了对比分析。利用试验结果验证了有限元分析模型,并进行参数分析。研究结果表明：试件的破坏模态均为整体弯曲失稳,除两个几何初始缺陷过大的试件外,其他试件的整体稳定系数试验值均明显高于规范设计值;参数分析结果表明,960 MPa钢材焊接截面轴压构件的整体稳定系数较普通钢材显著提高,建议采用GB 50017-2003中的a类柱子曲线设计此类轴压构件,同时拟合了960 MPa高强度钢材的柱子曲线公式。     

Q690钢焊接H形截面轴压柱整体稳定性能研究及设计方法

该文旨在研究Q690高强钢焊接H形轴压柱的整体稳定性能,并给出适合该类型构件的一阶弹性设计建议。为此,对Q690焊接H形试件进行残余应力试验研究和轴压试验研究,基于试验结果,给出残余应力分布模型;并分析该类型试件的失稳形态和整体稳定性能。同时,使用直接分析法建立数值模型,并对其进行验证。该数值模型采用PEP单元(Pointwise-Equilibrating-Polynomial Element)来模拟构件的几何初始缺陷,采用塑性纤维铰方法结合截面屈服面(该屈服面考虑了残余应力效应)来反映关键截面的屈服影响。最终,采用该直接分析法对Q690焊接H形轴压构件进行了参数分析。基于参数分析结果,给出该类型轴压试件的一阶弹性设计建议。     

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。