卷边翼缘工形构件在压弯荷载作用下的稳定承载力设计理论

卷边工形截面构件作为一种高效型材,在弯矩与轴力共同作用下的破坏模型常常是伴随板件局部屈曲的整体失稳。利用板壳有限单元法,研究卷边工形截面构件在板件局部屈曲下的构件整体稳定承载力,建立其稳定承载力设计公式。首先,通过设计大量算例,研究了截面宽高比、腹板高厚比、翼缘宽厚比等截面参数对短柱承载性能的影响,其中考虑了板组之间屈曲的相关作用,获得了考虑板组局部屈曲特性的短柱稳定承载力相关公式。在短柱板件局部失稳承载力研究的基础上,计入构件长细比对长柱面内和面外稳定承载性能的影响,通过数值分析建立了卷边工形构件在压弯荷载作用下的稳定承载力设计公式。     

卷边翼缘工形截面梁的稳定性能及设计方法

基于大挠度弹塑性板壳有限元分析方法,系统地研究了卷边工形梁在两端等弯矩作用下的失稳机理与稳定承载力,揭示了卷边工形截面构件的局部屈曲、畸变屈曲、整体侧向失稳以及它们之间的相互作用。系统地分析了截面宽高比、腹板高厚比、翼缘宽厚比、长细比等构件参数对侧向稳定承载力的影响,并基于大量的数值计算数据给出了卷边工形梁在两端等弯矩作用下的稳定承载力设计公式,可为规范修订以及工程设计提供依据。     

恒定轴压力下Q690高性能钢管抗弯性能的试验研究

为研究国家电网输电塔中高强钢焊接中厚板圆管压弯稳定相关性,考虑长细比30、45和60,径厚比(D0/t)为31.25、50.00和58.33,以壁厚为6,8 mm国产Q690高性能钢板制作了5组15根焊接圆管试件,并对其进行恒定轴压力下的抗弯性能试验。记录各试件加载过程中变形现象,得到了试件的弯矩-轴向变形曲线。根据试验结果分析试件的承载力、失稳破坏模式和破坏状态等力学性能,并采用中国及美国相关行业规范公式对压弯承载力进行验算对比。结果显示:失稳破坏类型主要取决于钢管试件径厚比和长细比,随长细比减小或径厚比增大,构件破坏类型由整体失稳转化为局部失稳;失稳状态关键在于径厚比,随径厚比减小,破坏状态由弹性转化为弹塑性;所有规范设计公式均偏于保守,验证了相关规范压弯设计公式和稳定系数取值用于指导工程设计的可行性和合理性。     

输电铁塔钢管构件非线性屈曲荷载理论和试验研究

针对输电铁塔钢管构件的制作过程及受力特点,比较分析了不同轴心受压构件稳定承载力理论,对屈曲荷载计算的Shanley力学模型进行修正,提出了可以考虑钢管构件初始弯曲的改进Shanley压曲荷载模型,推导了相应的轴压承载力计算式。开展同径厚比、不同长细比、不同初始弯曲幅值钢管的轴压承载力试验,试验加载结束时钢管的失效模式与改进Shanley力学模型局部一致。计算分析不同初始钢管的轴压承载力,并与试验结果进行对比,理论计算值与试验值的平均误差均小于4.0%,表明改进Shanley模型及其计算式可以定量计算初弯曲对钢管构件压曲荷载的影响,且具有很好的准确性和实用性。研究成果可供输电线路钢管塔及其他钢管结构设计参考,也为相关规范修编提供理论依据。     

国内外标准中钢管轴心受压承载力计算式的对比

为避免钢管构件在受压时,局部屈曲先于整体失稳,GB 50017—2003《钢结构设计规范》规定径厚比D0/t不超过100(235/fy),但国外设计标准给出了不同径厚比对钢管轴压承载力影响的计算方法。通过对比国内外轴心受压钢管承载力的计算方法,并与试验结果进行对比分析,研究其存在的差异。     

开长圆孔轴压构件畸变屈曲承载力试验

对26根腹板开长圆孔和未开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件进行畸变屈曲承载力试验研究,分析构件的屈曲模式和极限承载力。利用现行国家规范GB50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、北美冷弯钢结构构件设计规范AISI S100-2012计算构件承载力及非线性有限元数值模拟结果与试验结果进行分析比较。在此基础上,对腹板开长圆孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件的承载力合理计算模式进行研究。结果表明:对于中等长度腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件主要出现局部、畸变和整体屈曲的相关作用;腹板开孔对构件畸变屈曲稳定承载力有一定的降低作用;采用折减构件有效截面面积的修正方法可计算开长圆孔构件的畸变屈曲稳定承载力。     

楔形变截面柱平面内稳定极限承载力研究

应用非线性板壳有限元分析方法对楔形变截面柱的平面内稳定极限承载力进行分析,探讨了腹板高厚比、翼缘宽厚比、楔率和构件长细比等对楔形变截面柱平面内稳定承载力的影响,与此同时考虑了腹板局部屈曲和构件整体屈曲;并与现行《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)中有效截面法的计算结果进行比较,以期为相关工程设计提供参考。     

方钢管再生混凝土长柱轴压性能数值模拟研究

在8个方钢管再生混凝土长柱轴压试验的基础上,利用ANSYS有限元软件对其承载性能进行了数值模拟研究。通过试验所得参数,建立合理的有限元模型,并利用ANSYS软件进行非线性计算分析,得到了试件破坏形态、试件荷载-位移曲线等数据,分析了长细比λ、径厚比η以及轴压刚度退化等因素对极限承载力的影响,并将数值模拟结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:方钢管再生混凝土长柱试件主要表现为整体失稳破坏;随着长细比的增加,试件极限承载力逐渐降低,轴压刚度呈先增大后减小的趋势;径厚比越大,试件极限承载力越高。数值模拟结果与试验结果吻合良好,能够真实、准确地反映试验结果。     

GFRP短柱构件轴压性能试验与有限元分析

为探究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)压杆稳定承载性能,对GFRP圆杆进行轴心受压试验,主要考察长细比、截面尺寸以及边界条件对杆件的影响。通过试验得到杆件的极限承载力、破坏模式、荷载-位移曲线和应力-应变曲线。在试验基础上采用有限元软件ABAQUS计算了不同长细比、径厚比的两端铰支GFRP轴压杆的承载力,得到不同径厚比下轴压杆件极限承载力随长细比的变化曲线。结合试验和数值模拟结果,得到了铰支条件下GFRP轴心受力杆件破坏模式随长细比、径厚比的变化规律,为压杆稳定承载力计算公式的提出奠定基础。     

考虑支座约束影响的大角钢轴压杆失稳形态研究

针对大角钢轴压杆失稳形态这一问题,对90根大角钢构件进行轴压试验,并考虑试验中支座的弯曲转动刚度和扭转转动刚度的影响,对大角钢构件绕非对称轴的弯曲长细比和绕对称轴的扭转长细比进行了修正。研究结果表明:大角钢轴压杆的失稳形态以弯曲失稳为主,对于长细比小于40的大角钢轴压杆可不用验算其弯扭屈曲承载力,仅按弱轴弯曲屈曲计算其承载力便可保障设计安全,对工程设计具有指导意义。     

考虑局部稳定影响的不锈钢圆管短柱轴压承载力试验研究

为研究不锈钢轴心受压圆管的局部稳定承载性能，对9根奥氏体型不锈钢圆管短柱、7根双相型不锈钢圆管短柱以及作为对比的3根Q355圆钢管短柱进行轴心加载试验，得到了不锈钢轴压短柱的破坏模式和局部稳定承载力。研究发现短柱均发生局部失稳破坏，径厚比是影响轴心受压短柱承载力的重要因素。将局部稳定承载力试验结果与欧洲不锈钢结构设计规范EN 1993-1-4、美国冷成型钢结构设计规范AISI S100-2016、美国钢结构建筑规范ANSI/AISC 360、美国不锈钢建筑结构规范ANSI/AISC 370-21中的设计方法进行对比，结果表明：对于径厚比较小的不锈钢圆管短柱，四种规范的预测承载力较为保守；对于部分径厚比较大的不锈钢圆管短柱，规范预测承载力偏于危险。     

均布与局部轴压作用下薄壁钢筒仓屈曲性能研究

均布与局部轴压共同作用下钢筒仓屈曲性能与仅均布轴压作用筒仓的屈曲性能有显著区别。采用有限元非线性屈曲分析方法,考虑环向焊缝几何缺陷,对均布与局部轴压作用下钢筒仓的屈曲性能进行了研究。分析参数包括均布轴压比、局部轴压分布角、仓体径厚比、缺陷幅值等。研究表明,局部轴压屈曲承载力随均布轴压比、缺陷幅值、局部轴压力分布角和径厚比的增加而降低。在有限元参数分析的基础上,提出了考虑均布轴压力影响的局部轴压临界屈曲应力计算公式,该计算公式与有限元分析结果基本吻合。     

缀板连接的内核分离式屈曲约束构件的承载力设计方法

屈曲约束构件可分为延迟屈曲构件和不屈曲构件,延迟屈曲构件在内核屈服前失稳破坏,当满足承载力设计要求时有更好的经济性。目前已有研究多针对不屈曲构件。针对缀板连接的内核分离式屈曲约束构件,利用平衡法研究了单个分肢的计算长度系数;推导了绕两个主轴的整体弹性屈曲荷载,利用有限元方法研究其弹性空间失稳特性;基于大量有限元弹塑性数值算例,拟合得到正则化长细比 稳定系数设计曲线。研究结果表明：分肢计算长度系数仅与缀板和分肢线刚度比有关,通过比较绕两个主轴方向的长细比可判断构件空间弹性失稳的形式;采用拟合设计曲线可较好预测延迟屈曲构件弹塑性承载力,且比有限元结果偏于安全,区分不屈曲构件和延迟屈曲构件的临界正则化长细比可取为0.75;最后给出了保证分肢弹塑性失稳不先于整体破坏的设计建议。建立的涵盖不屈曲构件和延迟屈曲构件的缀板连接的内核分离式屈曲约束构件承载力设计方法可为设计提供参考。     

Q460高强度钢焊接工字形截面压弯构件局部和整体弯扭相关屈曲有限元分析

采用有限元法分析了高厚比超限的Q460钢焊接工字形截面压弯构件局部和整体弯扭相关屈曲的极限承载力,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比、构件长细比和荷载相对偏心率对其相关屈曲承载力的影响,提出了Q460钢焊接工字形截面压弯构件的局部和整体弯扭相关屈曲极限承载力修正计算公式。研究表明:有限元模型能够较好地模拟焊接工字形截面压弯构件局部和整体弯扭相关屈曲极限承载力;腹板高厚比、翼缘宽厚比、构件长细比及荷载相对偏心率增大均会导致构件无量纲化极限承载力降低;基于《钢结构设计规范》(报批稿)GB 50017提出的修正公式计算值与有限元计算值吻合较好。     

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。     

卷焊圆管、方管轴压杆的脆性屈曲

钢管截面构件受压时为脆性屈曲,可靠指标β与普通压杆理应有所不同,但目前国内有关设计规范(程)对此都没有反映。本文采用弹塑性梁柱理论、数值积分法计算了卷焊圆管、方管截面轴压杆完整的荷载-位移曲线,分析了纵向焊接残余应力、初弯曲、板件宽厚比(径厚比)对钢管压杆屈曲及屈曲后性能的影响,提出了圆管、方管截面轴压杆稳定承载力计算方法。     

复式薄壁方钢管混凝土长柱轴压稳定性能研究

设计制作了8根复式薄壁方钢管混凝土轴压长柱试件,通过试验,研究了长细比和截面类型对复式薄壁方钢管混凝土轴压长柱承载力的影响。试验发现:构件的承载力随着长细比的增大而下降;内置圆钢管高强混凝土后组合柱的承载力提高了33%;内置空钢管后构件的承载力下降了约14%;实心复式薄壁方钢管混凝土柱具有较高的剩余承载力和延性。基于ABAQUS软件和相关的本构模型,建立了复式薄壁方钢管混凝土轴压长柱的有限元模型,有限元计算结果与试验结果吻合良好。基于该有限元模型进行受力性能影响因素分析和参数分析。分析表明:焊接残余应力和钢管弯角效应对轴压承载力的影响均小于1.5%,且二者相互抵消,受力分析时可以忽略;实心复式薄壁方钢管混凝土长柱的稳定系数随着内钢管屈服强度、混凝土强度或径宽比的增大而减小。提出了复式薄壁方钢管混凝土长柱轴压承载力的简化算式,计算值与实测结果吻合较好。     

竹条粘合箱形压杆受力性能试验研究

基于全国大学生结构设计竞赛所给竹条材料,该文研究了三种规格(截面分别为6mm×1mm、3mm×3mm、2mm×2mm)竹条制作的等边箱形压杆的整体稳定性能.参照《木结构设计标准》(GB 50005-2017)中关于轴心受压杆件的计算方法,基于试验结果,分析了竹条粘合箱形压杆的失稳破坏形态和整体稳定系数.试验结果表明:竹条粘合箱形压杆在受荷时,同时存在局部失稳与整体弯曲失稳,其中长细比小于临界长细比的构件在受压时以局部失稳为主,长细比大于临界长细比的构件以整体失稳为主.通过对比试验数据及分析拟合,该文提出了竹条粘合箱形压杆的承载力设计方法,可为参赛者在结构设计竞赛中进行构件截面设计提供科学的理论依据和计算公式参考.     

变截面工形柱平面内稳定极限承载力研究

基于非线性板壳有限元结构分析方法,对门式刚架变截面工形柱平面内稳定极限承载力进行了大挠度弹塑性分析研究。在考虑壁板局部屈曲和构件整体屈曲相关作用的同时,对影响稳定承载力的几何参数包括腹板宽厚比、翼缘宽厚比、构件楔率和构件长细比等进行了系统的分析和研究,并与现行《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》进行了比较,获得的结论对工程设计具有参考价值。     

竹皮轴压箱形构件整体稳定性能试验研究

基于114个竹皮箱形截面柱进行了轴心受压试验,研究了0.35 mm与0.5 mm两种厚度规格竹皮制作的等边箱形截面柱在不同宽厚比下的整体稳定性能。基于试验结果,分析了竹皮箱形截面柱的失稳破坏形态和整体稳定系数。试验结果表明,箱形截面构件在受荷时同时存在局部失稳与整体弯曲失稳,其中,长细比小于临界长细比的构件在受压时以局部失稳为主,长细比大于临界长细比的构件以整体失稳为主。通过对试验数据分析拟合,计算了两种规格竹皮各3种宽厚比箱形截面构件的临界长细比值,提出了竹皮轴压箱形构件柱子曲线与承载力设计方法,为学生在结构设计竞赛中进行构件截面设计提供科学的理论依据和计算公式。