冷弯薄壁卷边槽钢偏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偏心受压构件的极限承载力,对13根偏心受压的冷弯薄壁卷边槽钢进行了破坏性试验,并建立有限元分析方法对试件进行模拟分析,有限元分析结果与试验结果吻合良好,验证了有限元方法的有效性;对典型截面构件进行大量的参数分析,研究截面尺寸、长细比、荷载作用点位置及材料特性等因素对卷边槽钢偏心受压构件极限承载力...     

冷弯薄壁卷边槽钢组合工字梁极限承载力计算的有效宽度法

为了研究冷弯薄壁卷边槽钢组合工字梁的受弯性能,对三种截面形式共计9根卷边槽钢组合工字梁进行破坏性试验研究,建立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正确性。接着采用有限元方法对冷弯薄壁卷边槽钢组合工字梁进行大量参数分析,钢种和受压翼缘宽厚比对受压翼缘有效宽厚比的影响较大,梁的长度、腹板高厚比与板件厚度对梁受压翼缘有效宽厚比的影响小。最后在对典型截面梁构件进行参数分析的基础上,得出卷边槽钢组合工字梁受压翼缘板件的有效宽厚比计算表格与计算公式,提出计算冷弯薄壁型钢梁极限承载力的有效宽度法,并通过试验验证了有效宽度法计算梁极限承载力的正确性和适用性。     

复杂卷边冷弯薄壁槽型钢梁畸变屈曲承载力研究

为研究复杂卷边槽型截面钢梁的畸变屈曲承载力,对该截面梁的畸变屈曲性能进行试验研究和有限元分析,获得其变形性能和极限承载力,探讨了二次卷边宽度对复杂卷边槽钢梁畸变屈曲承载力的影响规律。结合试验和有限元分析结果,对北美规范的受弯构件畸变屈曲承载力的直接强度法公式应用于复杂卷边槽钢梁的适用性进行了分析评价。在此基础上,基于对现有直接强度法公式的修正,提出了冷弯薄壁复杂卷边槽钢梁畸变屈曲承载力的计算公式。     

冷弯薄壁型钢构件的直接强度设计法

受压或受弯的冷弯薄壁卷边槽钢有板件局部屈曲，截面畸变屈曲和整体弯曲屈曲或弯扭屈曲三种模式。本文着重介绍板件的相关屈曲和计算截面畸变屈曲应力的方法并阐述了三种屈曲模式之间的相关关系。指出用传统的有效截面设计法计算受压和受弯冷弯薄壁卷边槽钢承载力的弊端，较详细地说明了用构件全截面计算的直接强度设计法。     

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。     

G550高强冷弯薄壁槽钢受弯构件力学性能与设计方法

为了研究高强冷弯薄壁槽钢受弯构件的力学性能和设计方法,对3种板件加劲形式的G550高强冷弯薄壁型钢槽形截面受弯构件进行了试验研究和有限元参数分析。结果表明,板件加劲形式对高强冷弯薄壁槽钢受弯构件屈曲模式和受弯承载力有显著影响,翼缘V形加劲比腹板V形加劲能够更有效地提高构件抗弯承载力,构件抗弯承载力的变化规律与屈曲模式有关。根据有限元参数分析结果,在已有直接强度法基础上回归出适用于高强冷弯薄壁槽钢受弯构件的直接强度法修正公式。     

冷弯薄壁三次卷边槽钢轴压开孔立柱承载力研究

对冷弯薄壁三次卷边槽钢轴压开孔短柱进行试验研究,并采用有限元软件ANSYS进行计算,对比分析了ANSYS、中国规范和北美规范的计算结果以及开孔对立柱承载能力的影响。研究结果表明：冷弯薄壁三次卷边槽钢轴压开孔立柱的破坏模式均出现畸变屈曲;中国规范有效截面法间接计入了畸变屈曲的影响,与北美规范计算结果吻合良好;开孔明显降低了立柱的承载能力,且变化规律与工程中常规轴心受压构件不符,对于冷弯薄壁三次卷边槽钢承载力的开孔折减在设计中应予以足够的重视,其开孔折减系数对于文中截面可取为K=2.41×10 －5λ 2－3.78×10 －3λ+9.59×10 －2。     

腹板加强型冷弯薄壁卷边槽钢柱受压性能试验研究

为研究腹板中间设置有一道纵向加劲肋的冷弯薄壁卷边槽钢柱的受压性能,对18根两端简支试件进行了静力加载试验研究。试验结果表明:荷载作用位置、端部支承条件对试件的屈曲模式及受压极限荷载影响显著;而试件长度仅对试件屈曲模式的影响显著;由于腹板纵向加劲肋的存在,冷弯薄壁卷边槽钢柱在负向偏心(轴向力作用线位于截面形心与腹板之间)压力作用下承载力较高,而在正向偏心(轴向力作用线位于截面形心与卷边之间)压力作用下承载力较低,轴心受压承载力介于前两种情况之间。通过试验结果与压弯构件解析解计算结果的对比发现,解析式对于负向偏心受压构件的计算误差较大。考虑几何非线性和材料非线性的影响,采用有限元软件ANSYS对试件进行了数值模拟分析,分析结果表明,采用数值模拟方法可以很好地预测试件的承载力和屈曲行为。     

不同卷边形式冷弯薄壁槽钢受弯构件有限元分析

为了研究卷边形式对冷弯薄壁槽钢受弯构件屈曲模式和抗弯承载力的影响,应用有限元软件ANSYS对直卷边、斜卷边和复杂卷边冷弯薄壁槽钢受弯构件进行了有限元分析,分析结果表明,复杂卷边进一步加强了对构件翼缘的约束作用,提高了构件的抗弯承载力,其构件的承载效率最高,并在一定程度上限制了畸变屈曲的发生。     

腹板V形加劲冷弯薄壁卷边槽钢中长柱畸变屈曲承载力分析

为了解腹板V形加劲冷弯薄壁卷边槽钢中长柱的受压性能,对12根开孔和未开孔中长柱进行了轴心受压试验研究。结果表明,所有试件均发生畸变屈曲失效,同时在峰值荷载时有绕弱轴的整体弯曲产生;孔洞的出现导致屈曲模态和屈曲半波数发生变化。最后,在试验和国外规范关于直接强度法计算理论的基础上,提出了一种适用于开孔和未开孔腹板V形加劲冷弯薄壁卷边槽钢中长柱畸变屈曲承载力的计算方法。采用该建议方法计算所得结果与试验值和参数分析值吻合较好,安全可靠。     

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件试验研究及承载力分析

对63根屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件进行试验研究,分析了构件的屈曲模式和极限承载力,并将参考AISI规范、澳洲规范和北美规范及我国现行行业标准《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（报批稿）计算的构件承载力与试验结果进行分析比较。在此基础上,对高强超薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件的承载力合理计算模式进行研究。结果表明：高强超薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件在宽厚比较大时会出现畸变屈曲模式;采用等效板件方法计算加劲板件有效宽度后,我国《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（报批稿）适用于屈曲强度550MPa、厚度小于2.00mm的冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件承载力计算。     

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．     

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。     

Finite element technique for design of stub columns

This paper presents a finite element analysis on the post-buckling behaviour of thin-walled cold-formed lipped channel and hat-section stub columns under axial compression. The specimens were modelled exactly as that used in the carefully controlled stub column tests conducted by Zaras and Rhodes. Numerical predictions on the load versus end-shortening characteristics and ultimate load capacity of the structures were obtained using a non-linear finite element analysis. The effect of the input parameters such as the degree of prescribed initial imperfection and the size of the element mesh, on the convergence of the solution is examined. The initial imperfection for post-buckling analysis is achieved by making use of the exact linear buckling wave form. Standard design procedures are developed for post-buckling analysis for thin-walled stub columns using finite element method. Results from the design procedure correlate well with experimental data and BS5950 predictions.     

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。     

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。     

Load capacity of cold-formed column members of lipped channel cross-section with perforations subjected to compression loading – Part I: FE simulation and test results

An investigation was carried out into the influence of perforations of various shapes on the buckling behaviour of cold-formed column members of lipped channel cross-section. A finite element analysis using ANSYS, an experimental investigation, and design code predictions using the AISI Specification, British Standards (BS) and EU Standards, are employed to determine the buckling load capacity. An experimental investigation of the buckling behaviour of flat and fixed ended columns is presented, and the findings from this are used to validate finite element results, and compare with design code predictions. The numerical results of load vs. displacement behaviour are shown to be in good agreement with those reported from the tests. It is shown that the ultimate failure load of the lipped channels under compression varies greatly with the presence of perforations.     

Post-buckling behaviour and DSM design of web-stiffened lipped channel columns with distortional and local mode interaction

This paper examines the design and load-carrying capacity of fixed-ended web-stiffened lipped channel columns eroded by mode interaction behaviour combined with distortional and local deformations. Initially, the paper presents the results of an experimental investigation of compressive tests on web-stiffened lipped channel columns fabricated from cold-formed mild steel with a thickness of 1.50 mm, which is aimed at determining their failure load-carrying capacity; the experimental investigation also aims to provide experimental evidence of the occurrence of such coupling phenomena concerning distortional and local modes, namely, local-distortional interaction and distortional-local interactive failures. Then, the paper examines the ultimate strength data of experimental columns, both reported in this paper and collected from the literature, and concludes that the current direct strength method (DSM) provides very unsafe predictions concerning such a detrimental interaction nature. Next, two DSM-based design approaches, namely, the nominal strength against local-distortional (NLD) and distortional-local (NDL) procedures, are presented and evaluated on the basis of all available experimental ultimate strength data. Finally, proposals and design considerations based on the DSM-shape for the thin-walled cold-formed steel sections, which fail in mixed modes of distortional and local buckling, are presented.