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。     

冷弯薄壁型钢拼合截面柱轴压承载力计算

为了研究冷弯薄壁型钢拼合截面柱的轴压承载力,对各国有关冷弯薄壁型钢拼合截面柱的轴压试验进行了ANSYS有限元模拟分析,有限元计算结果与试验结果吻合良好,从而验证了有限元方法的正确性。采用有限元方法分析了构件截面形式、截面尺寸以及长细比对冷弯薄壁型钢拼合截面柱拼合效应的影响,提出了冷弯薄壁型钢拼合截面柱轴压承载力的简化计算方法。分析结果表明:随着长细比的增大,拼合截面柱的拼合效应随之增大。对于主要通过螺钉将腹板进行拼合的构件,当翼缘宽厚比一定时,随着截面宽高比的增大,腹板拼合的整体性增强,从而使拼合效应增大,而截面面积的改变对拼合效应的影响则不是很明显。     

冷弯薄壁型钢开口三肢拼合立柱轴压性能有限元分析

建立了考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型,利用ANSYS有限元程序分析了长细比、螺钉连接间距、截面板件最大宽厚比对冷弯薄壁型钢开口三肢拼合立柱轴压性能的影响。结果表明:立柱长细比对A、B两类截面拼合立柱轴压承载力和轴压性能有很大影响,随着立柱长细比的增大,立柱轴压极限承载力逐渐降低;当螺钉连接间距为450、300、150mm时,A、B两类截面拼合立柱轴压极限承载力和刚度变化均不大;由于基本构件板材厚度不同引起截面板件最大宽厚比的不同,对A、B两类截面3种长度的拼合立柱的承载力和刚度影响很大;对于A、B两类截面立柱,当立柱长度和截面厚度相同时,基本构件腹板高度由89mm增加到140mm,拼合截面轴压立柱轴压极限承载力变化不大。     

冷弯薄壁型钢组合截面受压构件受力性能与设计方法研究

冷弯薄壁型钢截面高效,在建筑钢结构领域得到广泛应用,随着冷弯型钢房屋结构布局、建筑层数等的变化,拼合截面构件的应用也越来越多。文中首先简要介绍了北美和我国关于冷弯薄壁型钢组合截面受压构件的设计方法,然后综述了国内外在冷弯薄壁型钢拼合截面受压构件的受力性能和设计方法方面的的研究成果,最后在分析的基础上提出冷弯薄壁型钢组合截面受压构件亟需解决的相关研究问题。     

冷弯薄壁型钢多肢拼合截面柱轴压受力性能有限元分析

以单肢C型钢为基本构件拼合成的冷弯薄壁型钢多肢组合截面柱可有效改善单肢和双肢截面柱局部稳定性差、承载力相对较低的问题。为此,提出一种新型十字截面柱,对此类拼合截面柱进行轴心受压承载力有限元分析。结果表明:短柱、中柱及长柱的整体稳定性较好,其变形破坏表现为局部鼓曲,均发生在柱的中间部位;提出的十字型柱截面几何拼合比例为12,承载力拼合比例远大于截面几何拼合比例,拼合系数在1. 3左右,材料得到了有效利用。     

冷弯型钢双肢组合截面长柱轴压性能分析

使用ANSYS软件程序对冷弯薄壁型钢开口双肢组合截面立柱的轴压性能进行了分析,得出了在轴向压力作用之下,开口双肢组合截面立柱长柱的破坏模式和极限承载力,以期为类似结构的性能分析提供参考。     

冷弯薄壁型钢开口三肢拼合立柱轴压性能试验研究

对18根冷弯薄壁型钢开口三肢拼合立柱的轴压性能进行了试验研究,试件分为A、B两种截面类型：A类由3根冷弯薄壁C型钢拼合而成;B类由2根冷弯薄壁C型钢和1根U型钢拼合而成。得到了各试件的荷载-位移曲线和破坏特征,并将试验结果与中、美两国相关规范“有效宽度法”和“直接强度法”计算结果进行了初步对比分析。研究结果表明：两类截面长柱（LC）系列立柱的破坏特征分别为弯扭屈曲、弯曲屈曲,而中柱（MC）系列立柱A类截面为畸变屈曲、B类截面为畸变屈曲和弯曲屈曲,短柱（SC）系列立柱均为局部屈曲和畸变屈曲。AISI有效宽度法计算结果对于A、B两类截面LC系列立柱偏于安全;对于SC系列立柱则偏不安全;对于MC系列立柱吻合较好。AISI直接强度法计算结果对于A类截面LC和MC系列立柱偏于安全;对于SC系列立柱则偏不安全;对于B类截面立柱直接强度法计算结果与试验结果相差-16-5%~11-2%。《冷弯薄壁型钢结构技术规范》计算结果与试验结果相比,LC系列立柱偏于安全,而MC和SC系列立柱计算结果与试验结果吻合较好,相差分别为 -8.7%~4.7%和 -7.3%~13.7%。     

冷弯薄壁型钢拼合箱形截面立柱轴压性能试验研究

对17根冷弯薄壁型钢拼合箱形截面立柱的轴压性能进行试验研究,截面分为A、B两类,得到了各试件荷载-位移曲线和破坏特征,并将试验结果与《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018-2002)“有效宽厚比法”和美国相关规范中“直接强度法”、“有效截面法”计算结果进行对比分析.结果表明:LC和MC系列立柱的破坏模式为整体弯曲屈曲,SC系列立柱则为局部屈曲和端部承压破坏;B类试件的最大承载力大于A类截面试件的最大承载力的2倍,即有“1+1＞2”的拼合效应;对于A类截面LC系列立柱,GB 50018和AISI规范公式计算结果过于保守,而对于MC和SC系列试件,公式计算结果与试验结果比较吻合;对于B类截     

冷弯薄壁型钢C形截面构件受弯承载力试验研究

为了研究冷弯薄壁型钢构件的受弯性能,对卷边形式为直卷边、斜卷边和复杂卷边的冷弯薄壁型钢C形截面受弯构件进行了试验研究。共计24个试件,分为12组试验,其中纯弯试验和非纯弯试验各6组。试验结果表明,卷边形式是影响构件受弯承载力的重要因素。试验中出现了局部屈曲、畸变屈曲以及局部和畸变的相关屈曲。对比两种受弯状态下的承载力发现,非纯弯时试件的承载力比纯弯时均有所提高,但提高的幅度和试件的屈曲模式有关,当发生畸变屈曲时提高得较多,而发生局部屈曲时提高得较少。利用有限元程序ANSYS对试验进行模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。     

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压柱畸变屈曲试验研究

本文对550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件畸变屈曲性能进行了试验研究,17根试件的试验结果表明:由于试件局部屈曲一般发生在畸变屈曲之前,促使畸变屈曲提前出现,这种相关作用减弱了构件整体刚度,降低了构件承载力;澳洲规范AS/NZS 4600:1996及北美规范NAS 2004中关于发生畸变屈曲构件承载力的计算方法没有考虑局部屈曲和畸变屈曲相关作用的不利影响。依据试验结果本文提出了一种修正直接强度法的建议计算方法,该法计算结果与试验结果较为接近且偏安全。     

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。     

腹板加劲冷弯薄壁拼合H形钢压弯构件畸变性能试验研究

为研究偏心荷载作用下拼合构件的畸变屈曲性能,并评估现行中美规范计算方法适用性,对22个腹板V形加劲及开孔的冷弯薄壁拼合H形钢柱进行受压性能试验,得到了不同柱长、不同开孔位置及个数、不同偏心距以及绕强轴和弱轴弯曲方向的拼合构件的破坏模式和承载力。试验结果表明：所有腹板V形加劲及开孔的冷弯薄壁拼合H形钢柱均发生了畸变屈曲或以畸变为主的相关屈曲,畸变半波的分布受孔洞和加劲的影响;绕强轴和绕弱轴偏心方向及偏心距大小对承载力有显著影响。基于现行中美规范计算方法对腹板V形加劲及开孔的冷弯薄壁拼合H形钢柱承载力进行研究,结果表明：计算绕强轴压弯承载力时,按GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、JGJ/T 421—2018《冷弯薄壁型钢多层住宅技术标准》以及美国NAS100-16的承载力公式计算结果均偏于安全;计算绕弱轴压弯承载力时,试验结果与按GB 50018—2002和美国NAS100-16的承载力公式计算结果的比值平均值为1.16、1.15,偏于安全且较为合理,与按JGJ/T 421—2018的计算结果的比值平均值为1.66,较为保守,建议拼合构件的双肢可靠连接时,按拼合整体截...     

Experimental investigation on distortional performance of cold-formed steel built-up channel columns with web stiffeners under eccentric compression

为研究偏心荷载作用下拼合构件的畸变屈曲性能，并评估现行中美规范计算方法适用性，对22个腹板V形加劲及开孔的冷弯薄壁拼合H形钢柱进行受压性能试验，得到了不同柱长、不同开孔位置及个数、不同偏心距以及绕强轴和弱轴弯曲方向的拼合构件的破坏模式和承载力。试验结果表明：所有腹板V形加劲及开孔的冷弯薄壁拼合H形钢柱均发生了畸变屈曲或以畸变为主的相关屈曲，畸变半波的分布受孔洞和加劲的影响；绕强轴和绕弱轴偏心方向及偏心距大小对承载力有显著影响。基于现行中美规范计算方法对腹板V形加劲及开孔的冷弯薄壁拼合H形钢柱承载力进行研究，结果表明：计算绕强轴压弯承载力时，按GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、JGJ/T 421—2018《冷弯薄壁型钢多层住宅技术标准》以及美国NAS100-16的承载力公式计算结果均偏于安全；计算绕弱轴压弯承载力时，试验结果与按GB 50018—2002和美国NAS100-16的承载力公式计算结果的比值平均值为1.16、1.15，偏于安全且较为合理，与按JGJ/T 421—2018的计算结果的比值平均值为1.66，较为保守，建议拼合构件的双肢可靠连接时，按拼合整体截面计算绕弱轴稳定承载力。     

四肢拼合冷弯薄壁型钢截面立柱轴压性能试验研究及数值分析

对不同长细比的8根四肢拼合冷弯薄壁型钢截面立柱的轴压性能进行试验研究,在试验研究的基础上建立考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型,并通过对试验试件的数值模拟,验证有限元方法的正确性。采用数值方法分析长细比、连接螺钉间距、截面翼缘宽厚比对四肢拼合冷弯薄壁型钢截面立柱轴压性能的影响。结果表明:试件最终破坏均呈现局部屈曲和畸变屈曲的破坏模式;四肢拼合冷弯薄壁型钢截面立柱的轴压性能具有"1×4≥4"的拼合效应;随着长细比的增大,四肢拼合立柱的最大承载力和刚度逐渐降低;当螺钉间距在150～450mm之间变化时,四肢拼合立柱的最大承载力和刚度变化不大;减小四肢拼合立柱截面的翼缘宽厚比,可以显著提高其最大承载力。     

冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱承载力的计算方法

对冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱承栽力进行了稳定承载力计算,结果表明：直接强度法可以有效地预测冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱的稳定承载力,与GB50018—2002中的有效宽度法计算结果和试验结果吻合良好且偏于安全。     

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。     

Ultimate load-carrying capacity of cold-formed thin-walled columns with built-up box and I section under axial compression

The use of cold-formed thin-walled steel structures has increased in recent years, and some built-up section members are motivated and also widely used for their excellent structural behaviors. In this paper, a series of axially-compressed tests on built-up box section members composed of two C-section by self-drilling screws at flanges are conducted. The differences of global, local and distortional buckling behaviors between members with built-up and single sections are investigated at first. Then the effects of installation error and fastener spacing on ultimate load-carrying capacity of built-up members are analyzed. A strength estimation method for built-up members under axial compression is proposed based on the experimental investigation in this paper, as well as some existing experiments, and corresponding numerical analysis studies. Finally, the predicted capacity obtained by using the proposed strength estimation method is compared with experimental results and the nominal axial strength determined according to the AISI provisions, by which the suitability and accuracy of the proposed strength estimation method have been established.     

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件畸变屈曲性能研究

建立了考虑材料和几何双重非线性的550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件畸变屈曲性能分析的有限元模型,并通过对两种厚度高强冷弯薄壁型钢轴压构件畸变屈曲试验已有结果的分析比较验证了其有效性;采用该模型进一步分析了厚度、长度、初始缺陷模式及幅值等参数对畸变屈曲轴压构件承载力的影响,并对轴压构件畸变屈曲发生机理进行了探讨。结果表明：厚度、长度和初始缺陷模式是影响畸变屈曲轴压构件承载力的主要因素,且卷边面内屈曲是槽形截面轴压构件发生畸变屈曲的主要原因。通过理论计算与试验结果的对比分析,表明可以采用建议方法计算此类复杂截面轴压构件的畸变屈曲承载力。