开孔冷弯薄壁型钢柱弹性畸变屈曲分析

为方便生活辅助设施在墙体中通过,常在低层轻钢住宅结构中采用开孔冷弯薄壁型钢柱作为承重构件形式。近年来,许多学者对冷弯薄壁型钢构件畸变屈曲稳定问题开展了大量的研究工作。目前关于开孔柱构件弹性畸变屈曲应力计算方法是柱构件稳定性能研究亟待解决的关键问题。本文采用有限元方法与有限条方法相结合的手段,提出了基于全截面厚度折减的有限条分析方法及适用于设计规范的弹性畸变屈曲应力计算公式。分析表明：提出的相关计算方法可以用于开孔柱构件弹性畸变屈曲应力的计算。     

薄壁构件整体稳定性的有限元模拟

对薄壁构件整体稳定性分析中的薄壁梁单元和壳体单元两种有限元模型的特点进行了讨论,并提出一种新的适用于薄壁构件整体稳定分析的壳体单元模型,该模型可以有效消除各种局部屈曲模态的影响.采用通用有限元软件ANSYS,分别利用壳体单元模型和薄壁梁单元模型,分析了双轴对称截面梁、单轴对称截面梁、轴心受压构件、压弯构件和变截面梁的稳定性,通过与经典解或已有研究结果的比较对有限元模型的可靠性以及存在的问题进行了讨论.通过分析,发现ANSYS的薄壁梁单元模型不能用于分析单轴对称截面梁和压弯构件的弯扭屈曲,同时在分析变截面薄壁构件的稳定性时可能产生较大的误差;常用壳体单元模型可能由于截面的局部屈曲模态不能得到整体屈曲的临界荷载;提出的壳体单元模型可以精确模拟薄壁构件的整体稳定性.此外,提出的壳体单元模型不仅可以用于分析薄壁构件的整体稳定性,也可以作为检验薄壁构件整体稳定理论正确性的重要依据.     

热轧槽钢柱在轴向约束下的抗火分析

基于著名的Rankine公式研究了火灾情况下单轴对称薄壁热轧槽钢柱弯曲扭转屈曲的计算特性,提出了一种用于计算薄壁槽钢柱抗火性能的方法.给出了各种温度状况下,试件的荷载水平与修正长细比的关系曲线、荷载水平与构件扭转变形关系曲线,该方法考虑了端部轴向线弹性约束对柱子受热膨胀的约束作用.采用大型商用有限元软件MSC.MARC Mentat对模型进行非线性有限元分析,详细描述了有限元模拟过程,给出模型网格划分及其失效后的变形图.通过理论及有限元分析,两种方法计算结果吻合较好,得到的荷载温度曲线均表明槽钢柱在温度达到450℃之前,柱的抗火承载力与室温时相比变化不大,而在温度达到450℃之后,柱的极限抗火承载力陡然下降.温度越高,柱子在达到与该温度对应的极限抗火荷载之前的扭转变形越大,并且荷载位移曲线越早趋于平缓.     

新型轻钢龙骨组合墙柱体系的轴压屈曲荷载

冷弯薄壁型钢小桁架体系是一种新型的轻钢龙骨结构体系,构成承重骨架的基本单元——冷弯薄壁型钢小桁架,由冷弯薄壁方(矩形)钢管通过标准的V型连接件和自钻螺钉连接形成。这种体系的竖向承重构件为冷弯薄壁型钢小桁架墙柱和覆盖在墙柱两侧的墙板构成的组合墙柱体系。考虑墙板对墙柱的蒙皮支撑效应,建立了双侧有相同墙板材料的墙柱体系在轴向荷载作用下的总势能方程,采用里兹法导出了墙柱体系在2种屈曲模式下的轴压弹性屈曲荷载。采用有限元软件对于墙体进行了屈曲分析,得到的屈曲模式和屈曲荷载与计算结果比较吻合。给出的公式可用于双侧有相同墙板材料的墙柱体系的轴压弹性屈曲荷载计算。     

GRF薄壁空心管混凝土梁构件的力学性能实验研究

通过对GRF薄壁空心管混凝土梁构件的实验研究和理论分析表明,在弹性阶段,外荷载和GRF薄壁空心管混凝土梁构件的各个部位的应变关系与弹性理论计算结果基本一致,由此可见,设计计算时采用弹性理论计算公式是合理的,梁构件的弹性极限荷载为其极限承载力的25%左右;在反复外荷载的作用下,其极限承载力可增加16%左右;当外荷载接近其极限承载力时,斜裂缝向上延伸到集中荷载作用点位置,向下延伸到纵向钢筋,并沿着纵向钢筋向支座发展,产生撕裂裂缝,直至破坏.这些可为现浇钢筋混凝土GRF薄壁空心楼板的设计计算提供参考.     

冷弯薄壁卷边槽钢的畸变屈曲荷载简化计算

以理论研究成果为基础,结合应用有限条屈曲分析程序,对冷弯薄壁卷边槽钢在偏心受压和纯弯曲下的弹性畸变屈曲荷载进行了分析.基于对轴心受压和纯弯曲两种极端荷载情况下畸变屈曲荷载的参数分析,提出了屈曲临界半波长度和考虑翼缘自身剪切与畸变影响的修正参数的近似计算公式;对腹板提供给翼缘板的转动约束刚度进行了讨论,提出了精度较高的线性计算公式;利用以上结果,提出了确定冷弯薄壁卷边槽钢在偏心受压和纯弯曲下的弹性畸变屈曲荷载简化公式.比较研究表明,简化公式具有足够的精度,便于手算,实用性强,可供工程设计人员和各国冷弯薄壁型钢设计规范修订相应内容时参考.     

RL型截面冷弯薄壁型钢的畸变屈曲荷载算式

为了对RL型截面冷弯薄壁型钢的畸变屈曲作进一步研究,以既有研究成果为基础,根据广义梁理论推导了两端简支和固支边界条件下RL型截面冷弯薄壁型钢的畸变屈曲荷载计算式.通过求解矩阵的广义特征值,利用推导的算式计算RL型截面型钢构件在轴压、绕弱轴和强轴弯曲下的畸变屈曲荷载和屈曲半波长,并与有限条软件CUFSM分析结果和既有理论公式的解相比,结果表明所得算式具有较高的精度.公式推导过程和结论可以为工程设计和进一步研究中计算畸变屈曲荷载提供参考.     

铝合金受弯构件变形性能的非线性分析

为了研究铝合金的材料非线性对其受弯构件变形的影响,采用有限元方法研究了铝合金受弯构件荷载-挠度关系的影响因素,并以主要因素为参数,计算了126根梁的荷载-挠度曲线。根据欧规9(Eurocode 9)中给出的弯矩-曲率公式推导出荷载-挠度公式,并用数值积分的方法计算了一些受弯构件的荷载-挠度关系。讨论了有限元计算结果与理论计算结果的差异。以有限元计算结果为基础,用非线性拟合的方法修正了荷载-挠度公式中的系数,给出了铝合金受弯构件荷载-挠度关系的计算方法。结果表明,计算铝合金受弯构件的变形时需要考虑材料非线性的影响,本文的计算方法准确性较高。     

非线性弹性材料压杆临界力的计算方法

压杆的稳定是一个经典的力学问题,而通常讨论的压杆大多都是假定为理想弹性材料,而非线性弹性压杆的临界力求解问题鲜有论文论述,从压杆稳定理论的完整性以及各种材料的真实应力应变曲线看,有必要对这类问题进行讨论。本文首先指出了非线性弹性材料轴心压杆求解临界荷载时存在的困难,利用压杆在受压下的普遍中性平衡方程式,讨论了临界荷载的一般求解方法。为简化一般求解方法,首先讨论了材料可能出现的各种非线性应力应变曲线,提出了非线性弹性压杆屈曲时截面上应力分布的简化处理原则,并分析指出按简化方法求解的临界荷载是实际临界荷载的上限值,最后提出了临界荷载求解的简化修正方法。     

冷弯卷边槽形截面双向偏压柱的弹塑性有限元极限承载力分析

求解了承受双向偏心荷载任意开口薄壁截面的弹性平衡方程,获得此类柱适用于任何边界条件的弹性解析解。应用有限元法发展了任意开口薄壁截面柱在双向偏心荷载下的弹性理论,并编制了模拟计算程序,对有限元弹性解和弹性解析解进行了比较,理论计算和实验结果吻合较好。     

外伸翼缘加劲钢箱形压弯构件屈曲特性试验

为了研究Q500qE高性能钢外伸翼缘薄壁加劲箱形压弯构件的稳定特性,开展3个Q500qE和1个Q345B的构件模型试验,分析试验构件的荷载-位移曲线、整体和局部屈曲形态.整体屈曲试验结果表明,采用Q500qE高性能钢和设置外伸翼缘可以有效提高薄壁箱形压弯构件极限承载力且能够改善构件整体稳定特性.局部屈曲试验表明,外伸翼缘宽厚比对平面外局部屈曲半波数和局部变位影响较大,故需要根据现有规范中的宽厚比限值要求限制外伸翼缘板局部屈曲.对于构件的极限承载力和屈曲形态,试验结果与弹塑性数值分析结果吻合较好.分别采用允许应力法和极限状态法对Q500qE构件进行稳定验算,与试验结果进行比较,表明现有规范中的相关验算公式适用于验算此类压弯构件.     

Stability of axially restrained steel columns under temperature action

The in-plane elastic buckling of a steel column under thermal loading is investigated. The column is pinned at its ends, with two linear elastic springs that model the restraint provided by adjacent members in a structural assemblage or an elastic foundation. Across a section, the temperature is assumed to be linearly distributed. Based on a nonlinear strain-displacement relationship, the energy method is used to obtain the equilibrium and buckling equations. Then the buckling of columns with three different thermal loading cases is studied. The results show that the analytical formulas can be used to evaluate the critical temperature for elastic buckling. The thermal gradient plays a positive role in improving the stability of columns. Comparing these predictions with uniform temperature distribution over cross section, it can be shown that the buckling load is seriously underestimated. It can also be found that axial restraints can significantly affect the column elastic buckling loads. The critical temperature decreases with an increase of restraint stiffness. Furthermore, the effect of axial stiffness increases when increasing the thermal gradients and decreasing the slenderness ratio of columns.     

焊接不锈钢工字形截面受弯构件整体稳定与设计方法

总结了作者在清华大学完成的一批焊接不锈钢梁在弯矩荷载作用下的整体稳定性能试验,试验以试件的长细比为主要变化参数,对8根工字形截面梁进行了研究。试验的材料是奥氏体型316冷轧板,材料应力-应变关系通过拉伸试验获得;同时采用有限元软件ANSYS建立包含初始缺陷的有限元模型,对试件的极限承载力和荷载-变形关系进行分析,并与试验结果进行了对比,以证明有限元分析的合理性和适用性,为进一步研究奠定基础。同时,还将试验结果与欧洲规范和作者的建议设计方法进行了对比。分析结果表明:通过合理建模的有限元分析结果与试验结果吻合良好,有限元分析能够合理的模拟焊接不锈钢梁的整体稳定性能,作者所建议的设计方法的计算结果与欧洲规范相近,能够应用于工程设计并保证足够安全。     

轴向压力下刚性支承矩形钢板件屈曲弹性分析

通过对钢管混凝土中外包钢管板件的屈曲弹性分析，目的在于研究钢管内填混凝土后钢板件的抗屈曲能力．在钢管混凝土中，核心混凝土可以被看作刚性材料；对于组成钢管的矩形钢板件而言，当其与刚性材料并置时钢板的屈曲仅发生外凸．根据小挠度理论，用迦辽金方法计算具有刚性支承的矩形板件的弹性屈曲，并得到了屈曲系数k．计算结果表明：由于核心混凝土的存在，钢管抵抗屈曲的能力比无内填混凝土的空钢管抵抗屈曲的能力有显提高．     

钢-混凝土连续组合梁腹板局部屈曲分析

对连续组合梁负弯矩区钢腹板的稳定性进行了研究,分析了负弯矩区钢梁腹板在弯曲、轴向压力和剪切作用下的力学性能,提出了组合梁腹板在各种荷载作用下的局部稳定性简化计算模型,建立了非均匀受压、纯剪和弯剪复合受力状态下的临界屈曲应力计算公式;分别计算了钢梁腹板在非均匀受压和纯剪状态下的弹性屈曲系数,并根据偏心受压与剪切作用下的相关方程计算了钢梁腹板在复杂应力状态下的弹性屈曲系数;基于屈曲分析结果,提出了组合梁在弹性受力阶段钢梁腹板不设横向加劲肋的高厚比限值。结果表明：采用该方法确定的钢梁腹板高厚比更具合理性,且计算过程简单,结果偏于安全。     

一端固定另一端简支钢梁在均布荷载作用下整体稳定承载力的研究

目的研究一端固定另一端简支钢梁,在均布荷载作用下弹性阶段失稳的整体稳定承载力的计算方法.方法应用附加约束条件下变分法的瑞利-里兹法,推导了弹性屈曲临界荷载的计算式并利用该方法进行了验证.结果编制了两种方法所得计算式的计算机程序,对196根不同截面和跨度的钢梁计算了临界荷载,计算结果符合规律.对计算结果的比较表明,两种方法所得计算式的计算结果相当吻合.结论研究表明,利用所编制的计算机程序便于计算所研究梁弹性阶段失稳的整体稳定承载力.与用于验证的计算式相比,笔者提出的计算式便于进一步研究简支端约束条件的改变对梁整体稳定性的影响.     

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。     

双箱型空腹圆弧钢拱平面内稳定性分析

为研究新型双箱型空腹圆弧钢拱的平面内稳定特性,采用理论推导与有限元数值模拟相结合的方法,研究其平面内弹性屈曲及弹塑性稳定承载力,分析剪力对拱截面破坏模式的影响,并建立了平面内稳定承载力的设计方法。首先,根据拱截面的剪力分布情况,研究了双箱型空腹圆弧钢拱截面整体剪切变形及弦腹杆剪切变形对平面内弹性屈曲的影响;推导出了考虑双剪切变形影响时,双箱型空腹圆弧钢拱的纯压弹性屈曲荷载公式。然后,参考轴心受压柱设计原理,引入稳定系数及正则化长细比,绘制了纯压状态下的稳定曲线。最后,分析了在几种常见荷载工况下,双箱型空腹圆弧钢拱整体破坏模式的稳定承载力设计公式。本文分析的拱结构新颖,所提弹性屈曲荷载公式计算结果与有限元分析结果十分吻合,同时采用轴力与弯矩的二项式验算了整体稳定承载能力。研究结果可供日后科研和实际工程设计参考,具有一定的现实意义。     

方形薄壁钢管混凝土柱管壁的宽厚比限值

方形薄壁钢管在内部填有混凝土后,其局部屈曲承载力有所提高．通过对方钢管与混凝土相互作用的分析,得出薄壁钢板在双向应力下的临界屈曲系数．计算结果表明,该临界屈曲系数随着薄壁钢板宽厚比的减小而略有增大,并保持在10.0左右．从而可以确定方形薄壁钢管混凝土柱管壁的宽厚比限值b／t．