中间加劲复杂卷边槽钢轴心受压构件承载力试验研究

分别对复杂卷边槽钢、腹板中间V形加劲复杂卷边槽钢、腹板及翼缘中间V形加劲复杂卷边槽钢等四种截面形式,共计16根轴压简支柱进行了承载力试验。研究了此类复杂截面轴压构件的极限承载力及变形等特性。试验结果表明：中间加劲肋的存在有效地减小了板件宽厚比,大幅度提高了轴压构件的极限承载力。与相同条件下的复杂卷边槽钢相比,采用板件中间V形加劲的轴压构件承载效率可提高10%?30%左右。对试验进行了有限元模拟,计算结果与试验结果吻合良好,验证了分析方法的正确性。在此基础上,利用有限元分析对比了普通卷边槽钢与复杂卷边槽钢轴压构件的极限承载力,结果表明复杂卷边槽钢构件的承载效率高于普通卷边槽钢。     

冷弯薄壁斜卷边槽钢轴压构件承载力计算的直接强度法研究

为了研究斜卷边槽钢轴压构件承载力的计算方法,并完善和发展直接强度法在我国的应用,利用经试验验证后的大量有限元计算结果,在分析现有国外直接强度法公式基础上结合我国实际,提出了轴压简支斜卷边槽钢柱承载力的直接强度法修正计算公式,并针对固支斜卷边槽钢轴压柱建立了承载力直接强度法计算公式。方法中考虑了局部与整体以及畸变与整体的相关屈曲。与试验及北美规范(NAS 2001)、美国规范(AISI 1996)和澳大利亚规范(AS/NZS 4600)计算结果的对比表明,修正后的计算方法比现有直接强度法及上述规范对构件承载力的预测更为精确,且与试验所得失稳模式更为接近。     

大宽厚比H形截面轴压构件极限承载力直接强度法研究

利用ANSYS有限元程序对大宽厚比H形截面轴压构件的极限承载力进行了非线性有限元分析。分析中考虑了材料非线性和初始几何缺陷的影响,通过变化构件尺寸、材料屈服强度等参数,对共计44个构件进行了分析。应用新兴的直接强度法和传统的有效截面法对构件的极限承载力进行了计算。结果显示:有限元计算结果与直接强度法计算结果及有效截面法计算结果比值的平均值分别为1.039和1.098。与直接强度法相比,有效截面法计算过程较繁琐,且结果略显保守。直接强度法起源于单轴对称截面冷弯薄壁型钢结构构件的承载力计算,分析表明用其对大宽厚比H形截面柱的极限承载力进行计算是可行的。     

冷弯薄壁卷边槽钢组合工字梁极限承载力计算的折减强度法

为了研究冷弯薄壁卷边槽钢组合工字梁的受弯性能,对3种截面形式共计9根卷边槽钢组合工字梁进行了破坏性试验研究,并采用有限元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,验证了该文有限元方法的有效性。然后对典型截面梁构件进行了大量的参数分析,研究结果表明：随着钢材强度提高、梁长度减小、腹板高厚比和翼缘宽厚比增加...     

波浪腹板变截面压弯构件稳定承载力设计方法和试验研究

波浪腹板变截面压弯构件用做边柱铰接的门式轻钢结构中,主要承担弯矩、剪力与轴力。该文基于现行《门式刚架轻型房屋钢结构规程》CECS102:2002中的相关公式,建立了波浪腹板变截面压弯构件平面内稳定承载力与平面外稳定承载力的设计公式。进行了大量的有限元数值计算,其中通过变化构件的几何设计参数并考虑了各种缺陷(几何初始缺陷与残余应力)的影响,验证了所建立的设计公式的可靠性。进行了两根变截面波浪腹板构件的压弯稳定承载性能的试验研究,考察了其失稳机理及稳定承载力,并与有限元数值分析结果吻合较好。     

考虑板件相关作用的H形截面压弯钢构件抗弯承载力

对H形截面钢构件绕强轴压弯的极限抗弯性能展开研究。基于经实验校准的非线性有限元模型,进行了不同翼缘宽厚比、腹板宽厚比及轴压比组配下的H形截面钢构件的单调压弯全过程的参数分析,并对破坏模式进行了机理分析。研究表明,翼缘与腹板存在明显的相关作用,而板件屈曲形式决定了极限状态的应力分布形式,因此计算极限承载力时应考虑板件相关作用。以极限状态的应力分布特点为基础,提出了考虑板件塑性阶段屈曲相关作用的有效塑性宽度法计算截面的极限抗弯承载力。经与实验及有限元极限承载力的比较,显示该方法能够准确预测H形截面压弯构件的极限承载力。     

斜卷边冷弯薄壁槽钢轴压柱弹性畸变屈曲计算

畸变屈曲是冷弯薄壁卷边槽钢的一种重要屈曲模式,弹性畸变屈曲临界应力是目前一些主要规范计算畸变屈曲的关键。该文首先推导出畸变屈曲模式下,构件纵向翘曲位移的显式计算公式,从而简化计算过程;然后基于经典的薄板理论,计算平面内位移,确定构件平面内的变形,在现有研究基础上得到斜卷边冷弯薄壁槽钢轴压柱弹性畸变屈曲计算公式;最后与有限条法、近似模型计算法进行对比,验证了该文计算方法的正确和有效性。该文中的弹性畸变屈曲计算公式简单,便于手算,可供工程设计人员参考。     

翼缘加劲的冷弯薄壁型钢受弯构件弹性屈曲应力研究

利用有限条软件CUFSM对普通卷边槽钢和在受压翼缘不同位置设置加劲肋的普通卷边槽钢受弯构件进行了弹性屈曲应力的计算。对计算结果进行比较分析后发现:在受压翼缘的不同位置增设加劲肋对普通卷边槽钢受弯构件弹性局部屈曲应力平均提高了53.15%,而弹性畸变屈曲应力平均提高了7.39%,其中偏向卷边一侧设置加劲肋对构件弹性畸变屈曲应力的提高效果不明显。总体而言,在受压翼缘中间设置加劲肋对提高构件的稳定性能效果最好。     

焊接箱形截面不锈钢柱相关稳定性能分析

采用有限元法对焊接箱形截面不锈钢柱的局部与整体相关稳定性能进行分析,研究利用板件的屈曲后强度,以实现更为经济合理的构件截面设计。建立了可以准确模拟不锈钢非线性材料力学性能、截面焊接残余应力和构件的局部与整体几何初始缺陷等因素的精确有限元数值模型,并依据试验结果对模型的可靠性进行了验证。基于验证可靠的有限元模型,开展了系统参数分析,同时补充了大量的数值计算数据点。根据得到的试验和有限计算结果,对相关稳定承载力的理论计算方法进行了比较分析,表明现有的方法应用较为复杂,而且可能高估构件的相关稳定承载力。针对奥氏体型和双相型两类不锈钢提出了通用的计算修正系数,给出了新的直接强度法计算公式,经试验与有限元计算结果验证,表明其能够准确计算焊接箱形截面不锈钢柱的相关稳定承载力。     

Q345GJ钢(中)厚板H形及箱形柱残余应力与轴压稳定承载力分析

采用条形切割法对三种截面规格的Q345GJ钢焊接H形和箱形截面残余应力进行测试,通过MATLAB拟合得到其简化的多折线分布模式,并与规范所取残余应力分布模式对比。对9根焊接H形和3根焊接箱形（中）厚板足尺构件进行轴压试验,获得构件整体稳定承载力。引入实测残余应力,通过ABAQUS进行Q345GJ钢轴压柱有限元分析,并与试验结果、规范计算结果进行对比,同时开展参数化分析获得轴压构件稳定曲线。试验及分析结果表明：Q345GJ钢H形和箱形截面采用多折线简化分布模式更符合残余应力实测结果;Q345GJ钢（中）厚板H形截面翼缘采用不分层或考虑分层的残余应力简化模式,对于构件绕弱轴稳定承载力影响不大;Q345GJ钢H形截面实测残余应力分布模式在翼缘自由端处与规范有较大区别,构件在正则化长细比为0.4~1.1区段的稳定承载力有下降趋势。     

冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件畸变屈曲承载力计算方法研究

基于能量法对冷弯薄壁型钢卷边槽形截面的弹性畸变屈曲应力进行了推导分析,得到相应畸变屈曲半波长、畸变屈曲应力以及稳定系数计算公式。通过与有限条法进行对比分析,表明推导出的畸变屈曲应力计算方法具有较高的精度和较好的适用性。在此基础上,建立了冷弯薄壁型钢卷边槽形截面部分加劲板件弹性局部和畸变屈曲稳定系数的统一计算公式。最后通过算例分析,验证了该文提出方法的合理性和适用性,相对于中国现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》能够更加准确的计算部分加劲板件的屈曲稳定系数及卷边槽形截面构件的稳定承 载力。     

Experimental study on cold-formed steel web stiffened lipped channel columns undergoing distortional–global interaction

This paper describes the design and testing of cold-formed steel web stiffened lipped channel sections experiencing distortional–global buckling mode interaction under axial compression. The relevant literature was reviewed, sections were selected with nearly coincident distortional and global buckling loads to have strong interaction effects. Selected sections satisfy the geometric limitations for pre qualified sections in order to apply direct strength method (DSM) in Appendix 1 of the North American Specifications (AISI-S100:2007). A total of 15 web stiffened lipped channel compression members were tested under pin with warping restrained end condition. The experimental results were compared with the current design rules in AISI-DSM and the quality of DSM based design procedures based on distortional–global mode interaction was reviewed. In addition, a reliability analysis was performed to assess the quality of current DSM and D–G interaction design procedure to predict the ultimate capacity of the sections.     

冷弯薄壁卷边Z形钢梁的弹性畸变屈曲荷载

该文以既有理论研究成果为基础,结合应用广义梁理论,对两端简支的冷弯薄壁卷边Z形钢梁在绕截面强轴弯矩作用下的弹性畸变屈曲荷载进行了深入细致的分析。通过对45个截面的参数分析,将原先适用于冷弯薄壁卷边槽钢梁的参数计算公式推广应用于Z形钢梁,并根据Z形钢截面的几何特性对相应参数进行了重新推导和修改。利用以上结果,最后提出了冷弯薄壁卷边Z形钢梁在绕强轴弯矩作用下的弹性畸变屈曲荷载简化计算公式。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采用。     

管拱面内五点对称加载试验及其承载力简化算法研究

进行了钢管拱和钢管混凝土拱面内五点对称加载受力全过程试验。对多点对称荷载作用下管拱受力性能进行了讨论,对管拱极限承载力的简化算法进行了分析。结果表明,对称多点集中力下,非纯压拱会发生非线性分支屈曲破坏;拱以受压为主时,管内混凝土对提高拱的极限承载力和刚度均有较大的作用;采用等效梁柱法进行管拱极限承载力计算具有较好的稳定性。     

基于有限元方法的瓦楞纸筒非线性屈曲分析

由于瓦楞纸的屈曲机理非常复杂,难以准确预测屈曲强度,利用非线性有限元的方法对某瓦楞纸筒进行了非线性屈曲分析,计算出了其极限承载能力,分析了影响其承载性能的主要因素。结果表明,采用非线性有限元方法对瓦楞纸包装结构进行屈曲分析是可行的,分析结果对瓦楞纸包装设计具有较好的参考价值。     

冷弯薄壁卷边槽钢弹性畸变屈曲分析中的转动约束刚度

畸变屈曲是冷弯薄壁卷边槽钢的重要屈曲模式,腹板提供给翼缘板的转动约束刚度是影响其畸变屈曲性能的关键因素之一。该文对冷弯薄壁卷边槽钢弹性畸变屈曲分析中腹板提供给翼缘板的转动约束刚度取值进行了全面深入的研究。首先推导了腹板在8种不同应力情况与变形形状下的转动约束刚度理论计算公式;接着利用这些公式详细讨论了腹板变形形状的影响;最后提出了计算简便且精度较高的转动约束刚度统一近似公式。研究成果为解析法分析卷边槽钢的弹性畸变屈曲、进而提出畸变屈曲荷载的实用计算公式提供了依据和方便。     

冷弯薄壁卷边槽钢梁的弹性畸变屈曲荷载简化计算公式

以既有理论研究成果为基础,结合应用广义梁理论,对冷弯薄壁卷边槽钢在绕截面强轴弯矩作用下的弹性畸变屈曲荷载进行了深入细致的分析。首先基于45个截面冷弯薄壁卷边槽钢梁畸变屈曲荷载的参数分析,提出了屈曲临界半波长度的近似计算公式;接着对腹板提供给翼缘板的转动约束刚度进行了分析,提出了精度较高的线性近似计算公式;依据畸变屈曲特征方程,提出了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;利用以上结果,最后提出了冷弯薄壁卷边槽钢在绕强轴弯矩作用下的弹性畸变屈曲荷载简化计算公式。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采用。