关于承载能力的讨论(一)

1强度问题1·1腹板屈曲后强度思凡:腹板屈曲后强度是什么意思考虑腹板屈曲后强度是否对构件有什么特殊的要求     

《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。     

腹板屈曲后强度压弯构件的极限承载力研究

现行的《钢结构设计规范》(GB50017-2003)和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)中关于考虑腹板局部屈曲后强度压弯构件的有效宽度计算方法有很大差别。本文利用有限单元法对薄腹板压弯构件进行平面外稳定承载力分析。通过变化腹板高厚比、翼缘宽厚比、构件长细比、荷载偏心距等参数,将有限元分析结果与以上两种方法的结果进行比较。发现规范中的有效宽度计算方法很大范围内偏于保守,而门规中的方法较为合理,建议采用门规中的方法来考虑工字形截面压弯构件腹板屈曲后强度。     

焊接工字梁腹板的局部稳定和考虑屈曲后强度的计算

新《钢结构设计规范》相对旧规范(GBJ17-88)增加了梁腹板考虑弯曲后强度设计的相关条文,对弯矩、剪力单独作用下的腹板屈曲临界应力作了修正。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。为便于新标准的执行,故详细介绍规范条文修改的理论依据,比较新旧设计方法的差异,并通过设计实例说明了新的设计方法的优越性。     

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。     

梯形波纹钢腹板弹性剪切屈曲强度的数值模拟研究

波纹钢腹板弹性剪切屈曲强度的计算方法是腹板设计的关键问题。目前波纹钢腹板弹性剪切屈曲强度理论公式已基本成形,但公式中唯一参数n的取值存在一定争议。本文建立有限元分析模型,模拟分析出波纹钢腹板弹性剪切屈曲强度。将不同n值下的弹性剪切屈曲强度公式计算结果与数值结果进行对比,得到最优参数n值,结果表明:最优n值下的波纹钢腹板弹性剪切屈曲强度理论公式综合考虑了三种剪切屈曲模式,公式精度较高,可供工程设计参考。     

楔形压弯构件平面内稳定极限承载力研究

楔形变截面H型钢构件设计中常采用高而薄的腹板,这样能够充分发挥翼缘的承载能力,节省材料。如此虽然可能引起腹板的局部屈曲,但板件的屈曲并不意味着构件承载能力的丧失。应用非线性板壳有限元分析方法,对变截面压弯构件平面内稳定极限承载力进行了分析。在考虑腹板局部屈曲和构件整体屈曲相关作用的同时,系统地分析与评价了腹板宽厚比、翼缘宽厚比、构件长细比和楔率等对压弯构件平面内稳定极限承载力的影响,并与《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)的计算结果进行了比较,结论可供工程设计参考。     

冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件承载力计算的折减强度法

为了研究冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件的极限承载力,对15根轴心受压的冷弯薄壁卷边槽钢进行了破坏性试验,并采用有限元分析方法对试件进行模拟分析,有限元计算结果与试验结果吻合良好,验证了有限元方法的有效性,然后对典型截面构件进行大量的有限元参数分析。研究结果表明：冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件的极限承载力随着构件翼缘宽厚比、腹板高厚比、长细比以及钢材强度的增大而减小。通过参数分析得到了考虑局部屈曲、整体屈曲和畸变屈曲影响的构件屈服强度折减系数,提出了冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件承载力计算的折减强度法及其相应计算公式,且通过试验验证了本文折减强度法计算卷边槽钢轴心受压构件极限承载力的适用性。     

冷弯薄壁C型钢绕强轴偏心受压构件的极限承载力

冷弯薄壁型钢结构多采用有效截面法对构件承载力进行计算,该方法计算繁杂且未考虑构件的畸变屈曲性能。直接强度法采用全截面计算各类参数,能够考虑各种单独屈曲模式及其相关屈曲对构件稳定性能的影响,但目前该方法并不能应用于压弯构件。对冷弯薄壁C形钢绕强轴偏压构件的稳定性能进行参数分析,探讨了构件长度、偏心距、腹板高厚比、翼缘宽厚比和卷边高厚比等因素对构件承载力的影响规律。结合有限元分析结果,基于轴压构件和纯弯构件的直接强度法公式,提出了冷弯薄壁型钢绕强轴偏压构件的极限承载力计算方法。     

焊接工字梁腹板屈曲后强度的利用

不少国家已把利用焊接工字梁腹板的屈曲后强度继续承受荷载列入钢结构设计规范。但（钢结构设计规范）（ＧＢＪ１７—８８）还没有这方面的条文规定。通过对焊接工字梁腹板屈曲后强度的理论分析及试验研究,得出了一些对规范修订有重要参考价值的结论。     

多孔钢梁在组合屈曲模态下的非线性分析

讨论了一般强度和高强度多孔钢梁在组合屈曲模态下的非线性分析。建立一个考虑腹板和翼缘初始几何缺陷、残余应力和材料非线性等情况的多孔钢梁的三维有限元模型。用具有不同长度,不同截面,不同荷载条件和不同失效模态的多孔梁的试验结果验证了此有限元模型。该模型能计算多孔梁的失效荷载,跨中荷载-挠度关系和失效模态。用120根多孔梁的有限元计算数据进行了参数分析,研究截面几何尺寸,梁长和钢材料强度对多孔梁强度和屈曲性能的影响。参数研究结果显示:由于组合腹板的扭转和腹板后屈曲引起的多孔梁失效对承载力有很大的影响。对于长细比较小的多孔梁,应用高强度钢材料将能显著提高失效荷载值。将有限元计算得到的失效荷载与利用澳洲规范计算的多孔梁平面外屈曲计算结果进行了对比,发现规范的计算结果对于平面外屈曲的一般强度多孔梁是不保守的,而对于组合腹板扭转和腹板后屈曲的高强度多孔梁的失效则非常保守。     

轻钢结构设计中腹板屈曲后强度的利用

从应用出发，结合轻钢规程（CECS102:98）有关规定，对腹板屈曲后强度设计进行了研究，并编制了相关计算机计算程序，与钢结构设计规范（GBJ17-88）的有关条文进行了比较，讨论了轻钢规程利用屈曲后强度时的构造要求，进行了算例数值分析，指明了轻钢结构设计利用屈曲后强度设计时应注意的问题。     

H型钢楔形薄壁构件的局部屈曲性能分析

用三维退化曲壳元离散H型钢楔形薄壁构件 ,对其进行了考虑双重非线性的全过程分析 ,提出了评价H型钢楔形薄壁构件局部屈曲性能的特征荷载。考察了平均腹板宽厚比、楔率等参数对H型钢楔形薄壁构件屈曲后强度的影响 ,获得了一些有价值的结论     

轻型钢结构设计轻量化的主要途径

通过对已颁布的二本轻钢规程的学习，并结合工程实践，试论述轻钢结构，主要是门式刚架设计轻量化的若干主要途径，包括塑性设计，工形截面腹板屈曲后强度利用，楔形构件和变截面构件的应用，把中柱设计成摇摆柱，考虑结构系统相互约束作用和蒙皮效应等。     

不锈钢薄腹梁受剪性能试验研究

通过对7根不锈钢薄腹梁进行受剪性能试验研究,分析了梁腹板的剪切屈曲和屈曲后强度。结果表明：所有梁均发生剪切屈曲破坏,薄腹板中形成拉力带,上翼缘和横向加劲肋中出现塑性铰;根据腹板表面应变和侧向鼓曲变形测得的剪切屈曲应力均低于理论计算的弹性剪切屈曲应力;梁的受剪承载力显著高于腹板剪切屈曲时的荷载,具有较高的屈曲后强度;梁端设置封头肋板可以提高梁的受剪承载力。基于得出的试验结果及现有其他试验数据,对两种考虑腹板屈曲后强度的受剪承载力计算方法进行评估,我国GB 50017—2017《钢结构设计标准》中的公式仅考虑了腹板的受剪承载力,其计算结果总体偏于保守,但是对腹板高厚比较小(λs<1.5)的不锈钢薄腹梁,受剪承载力计算偏于不安全,且计算结果离散性较大;EN 1993-1-4中的计算公式中同时考虑了腹板和翼缘的受剪承载力,其计算结果偏于保守且离散性较小。     

钢结构次梁设计模式与经济性比较研究

钢梁设计模式有：弹性设计、考虑屈曲后强度设计和组合梁设计。由这3种设计模式出发,着眼于钢结构次梁设计,在相同的荷载和几何条件假设下,比较分析了满足承载能力和正常使用极限状态要求的次梁用钢量,得出组合梁设计为最优设计模式。在钢结构设计中,次梁设计宜优先采取组合梁设计或考虑屈曲后强度设计,腹板局部稳定的控制可采用临界剪切应力法,腹板高厚比不必局限于规范规定的限值80槡235/fy,在满足结构安全的前提下,应使经济参数最优化。     

高强钢焊接工字形截面压弯构件局部-整体相关屈曲分析北大核心CSCD

采用有限元法分析了Q460钢腹板高厚比超限(h w/t w=60,70,80,100,120)的焊接工字形截面压弯构件的极限承载力,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比、构件长细比和相对偏心率对其屈曲性能的影响,提出了计算Q460钢压弯构件局部-整体相关屈曲极限承载力的修正公式。研究表明,有限元法能很好地分析腹板高厚比超限的工字形截面压弯构件非线性屈曲性能;腹板高厚比增大,极限承载力提高,腹板屈曲后强度保持能力增大,延性增大。相反,翼缘宽厚比增大,构件极限承载力减小,腹板屈曲后强度保持能力减弱,延性降低;长细比增加,构件刚度明显减小,极限承载力降低,但延性却增大;相对偏心率增大,弯曲变形起主导作用,跨中挠度急剧增加,而轴力的变化相对变缓。提出的修正公式计算结果与有限元结果吻合很好。     

楔形压弯构件的局部屈曲

楔形变截面门式刚架被广泛地应用于工业与民用建筑中,CECS102:2002<门式刚架轻型房屋钢结构技术规程>(以下简称<规程>)中楔形腹板局部屈曲的计算公式主要来自矩形板,没有考虑翼缘的相关作用,与构件的实际工作状况有一定的差异.基于此,考虑了多种参数的影响,对各种应力比作用下的楔形腹板的屈曲强度进行了大量计算分析,得出了考虑翼缘约束作用的楔形腹板屈曲强度的计算公式.     

轻型钢结构节约造价的几个途径

结合轻钢规程,提出钢结构,主要是门式钢架结构设计中减轻材料重量以节约造价重要途径。包括合理选用彩钢板,最优柱距选择,合理的截面形式,塑性设计,工形截面腹板屈曲强度利用,楔形构件和变截面构件的应用,考虑结构相互约束作用和蒙皮效应等。     

开孔冷弯型钢柱的试验研究

分析研究了开孔冷弯型钢柱的弹性屈曲和试验响应间的关系。对24个腹板开孔和不开孔的短柱和柱进行了压力试验。利用壳单元建模,对每一个构件都进行了有限元屈曲分析,从而可以获取边界条件、局部开孔、扭曲和整体弹性屈曲反应对构件的影响。腹板上的开孔,可能影响构件局部和扭转屈曲的半波长度,同时可能会导致临界弹性屈曲荷载的改变。从试验结果分析可知,尽管在某些试验中出现了延性下降等现象,但总体而言,腹板开孔对试验构件的极限强度影响很小;同时发现,在局部和扭转屈曲中,弹性屈曲也与荷载-位移曲线有关。试验中对柱子采用摩擦轴承的边界条件,其中柱端磨平且直接由钢板传力。尽管构件的延性等问题还需要更进一步研究,但这种边界条件对于评估短柱和普通柱屈曲性能是有效的,而且还可以缩短试验构件的准备时间。