腹板开孔冷弯薄壁钢轴压构件畸变屈曲承载力试验研究

对26根屈服强度235MPa腹板开圆孔冷弯薄壁型卷边槽钢截面轴压构件进行畸变屈曲承载力试验研究,分析了构件屈曲模式和极限承载力,采用国家规范GB50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》计算构件承载力、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畸变屈曲模式;腹板开孔在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方法可计算开孔构件的畸变屈曲稳定承载力。     

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.     

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。     

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。     

冷弯薄壁C形钢柱翼缘转动约束刚度简化计算

畸变屈曲是冷弯薄壁型钢构件的主要破坏模式之一,按翼缘模型计算其弹性畸变屈曲应力时需要确定腹板对翼缘的转动约束刚度.现有转动约束刚度计算公式较复杂,求解过程需要进行一次迭代.为了简化计算过程,提出了冷弯薄壁C形钢柱翼缘转动约束刚度简化计算方法.该方法在Lau和Hancock公式的基础上,结合我国《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018 2002）中关于腹板和翼缘局部屈曲系数的规定而导出的,并根据Lau和Hancock公式计算结果对其进行了修正.与有限条分析值对比表明：该方法可以准确、方便地计算转动约束刚度,能够应用于冷弯薄壁型钢C形截面柱的设计计算.     

基于广义梁理论的非线性材料薄壁受压构件屈曲荷载计算方法

提出适用于非线性材料的广义梁理论屈曲荷载计算方法,并对不锈钢薄壁受压构件屈曲荷载进行计算验证。通过定义材料非线性应力应变关系和瞬时弹性模量,对传统线弹性广义梁理论进行修正,建立非线性材料薄壁构件受压屈曲荷载计算方法,推导不锈钢薄板受压局部屈曲、冷弯薄壁不锈钢卷边槽形柱畸变屈曲及箱形不锈钢长柱弯曲屈曲荷载计算公式,并与既有试验数据对比。经验证,线弹性分析方法不适用于不锈钢材料;提出的修正GBT法具有较高精度,且本构关系采用变形法则结果偏于安全,可用于不锈钢等非线性金属材料薄壁构件受压屈曲荷载的确定,为研究和设计提供理论指导。     

新型冷弯翼缘闭合构件力学性能研究

为进一步利用空翼缘梁截面形式开展,抗弯、扭刚度大的特点,并进一步优化冷弯薄壁型钢构件的截面形式,适当改变空翼缘梁的截面构成参数,提出2种新型冷弯翼缘闭合截面．采用非线性有限元方法分析新型截面构件在轴压、弯矩和压弯荷载作用下的屈曲模式、变形特征、承载力、刚度等方面力学性能．分析表明：新型冷弯截面构件在承受轴压荷载时具有截...     

冷弯薄壁型钢四肢拼合立柱轴压承载力设计方法

建立了考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型,在对冷弯薄壁型钢四肢拼合截面立枉的轴压性能试验试件进行模拟分析,验证有限元方法正确性的基础上,对考虑长细比、截面翼缘宽厚比等因素的一系列试件进行了数值分析,并得到其轴压承载力。在相关规范“有效宽度法”和“直接强度法”的基础上,提出了冷弯薄壁型钢四肢拼合截面立柱轴压承载力的设计方法：有效计算长度法和修正系数法。研究结果表明：试件最终破坏均呈现局部屈曲和畸变屈曲的破坏模式;在未考虑计算长度系数折减的情况下,当长细比小于50时,各规范公式计算值均略低于试验值和有限元值,吻合较好,当长细比大于50时,公式计算结果过于保守。     

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。     

基于极限荷载准则计算薄壁型钢轴心压杆整体稳定

基于极限荷载准则,直接考虑在冷弯残余应力、初弯曲综合影响下,研究冷弯薄壁型钢轴心受压构件整体稳定的极限状态设计方法.结合冷弯薄壁卷边角钢截面的计算结果,与试验结果和冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB50018 2002)中轴心压杆整体稳定的计算结果进行对比分析,证明所提计算方法正确可行.     

考虑残余应力影响的蜂窝梁畸变屈曲性能研究

基于蜂窝梁残余应力的试验研究成果和普通工字钢梁的残余应力分布研究成果,给出了蜂窝梁的残余应力分布模型,并与已有试验研究结果对比,以验证该模型的正确性。通过分析梁的长度、翼缘厚度和宽度等对蜂窝梁畸变屈曲临界荷载的影响规律,进一步探索了残余应力对蜂窝梁畸变屈曲荷载的影响程度及简化考虑残余应力影响的计算方法。研究结果表明：翼缘宽度和厚度对蜂窝梁畸变屈曲临界荷载影响较大,而腹板厚度对蜂窝梁畸变屈曲临界荷载影响较小;提高钢材强度可在一定程度上提高蜂窝梁畸变屈曲临界荷载,但残余应力的影响程度会相应增大;提出采用折减系数Kd=0.85来计算蜂窝梁畸变屈曲荷载中的残余应力影响,该方法安全且简便,便于实际工程应用。     

冷弯薄壁斜卷边槽钢轴压构件的稳定性分析

为研究冷弯薄壁斜卷边槽钢轴压构件的稳定性能,选取了两种翼缘外廓尺寸(B=55 mm和B=80 mm)、七种卷边弯起角度(θ分别为30°、45°、60°、90°、120°、135°、150°)、三种板厚(t取为1.0、2.0和3.0 mm)、六种试件长度(L以0.5 m为间隔,由0.5 m起变化到3 m止)、简支和固支两种边界条件,对共计504个算例进行了轴心受压状态下的非线性有限元分析.研究了上述参数对斜卷边槽钢轴压构件稳定性能的影响.结果表明,θ对弹性畸变屈曲临界力影响显著,且对轴心受压简支构件而言,θ为钝角时能够有效地避免畸变屈曲的发生,若θ为30°构件的破坏模式不由畸变屈曲控制时,则其承载力最大;轴心受压固支柱比简支柱更容易出现畸变屈曲,且斜卷边槽钢大多不及相同条件下直角卷边槽钢的承载力.     

单轴对称薄壁钢压柱局部和整体相关作用

通过27根剖分T型钢压杆试验,借助通用有限元软件对单轴对称钢压杆的整体与局部相关屈曲做了计算分析,分析时考虑了残余应力、几何和材料的非线性等因素的影响.分析结果表明,畸变变形不容忽视,整体分析时应考虑局部屈曲和畸变屈曲的影响,三者不宜分开考虑.按照等稳定原则设计,薄壁构件对初始缺陷较为敏感,整体和局部相关作用明显.     

偏心受压冷弯薄壁槽钢的卷边角度优化设计

为了使得钢结构的性能与用钢量比达到最优,前人对槽型钢的截面尺寸优化进行了较为充分的研究。但是,涉及卷边角度的优化特别是偏心受压工况下的优化分析却很缺乏。以Yao-Teng偏心受压计算公式,结合遗传算法,以冷弯卷边槽钢柱偏心受压为例,将槽钢卷边角度与偏心距作为设计变量,寻找在不同偏心距受压情况下,达到最大畸变屈曲临界应力的卷边角度。基于有限条分析程序,对两端简支与两端固支情况下不同截面尺寸构件的畸变屈曲临界应力进行了计算分析,最终得出不同偏心距受压下统一的最优卷边角度。为了方便工程设计人员设计时参考,建议卷边角度统一取为100°。     

斜卷边槽钢偏心受压构件的稳定性分析

为进一步推动斜卷边槽钢在实际工程中的应用,明确其与直角卷边槽钢的区别,采用ANSYS非线性有限元程序,对共计70个算例的斜卷边槽钢在对称轴平面内偏心受压状态下的构件稳定性能进行分析.研究7种卷边弯起角度、10种偏心距对斜卷边槽钢偏心受压构件稳定承载力、失稳模式及变形等性能的影响.结果表明:偏心距对构件的承载力和失稳模式影响显著,所有构件均不是在偏心距为零时获得承载力的最大值.相同负向偏心距下,随卷边弯起角度的增大构件承载力逐渐降低;当卷边弯起角度达钝角后,各构件之间承载力相差较小,基本不再受弯起角度的影响.在正向偏心荷载作用下,越早出现畸变屈曲的构件承载力越低.     

冷弯薄壁型钢受弯构件特有的失稳模式

冷弯型钢是一种截面形状合理、力学性能良好、钢材利用率高的环保型建材。本文详细阐述了冷弯薄壁构件特有的失稳模式：畸变屈曲和腹板压跛，并对比了北美规范NAS2004和中国规范（GB50018-2002）对常用c型檩条的畸变屈曲承载力和腹板压跛承载力的计算结果。结果表明，按中国规范计算的畸变屈曲承载力是安全的，腹板压跛的计算规定不够合理。     

腹板加劲肋对空翼缘梁LHFB承载能力的影响

为改善空翼缘梁LHFB的受力性能,对LHFB设置了横向加劲肋.考虑几何非线性与材料非线性的影响,利用有限元软件ANSYS计算其在3种不同荷载作用下的承载力.研究加劲肋厚度、连接形式、加劲肋数量、端部加劲肋对LHFB承载力的影响.分析结果表明,对LHFB设置横向加劲肋,能有效的抑制空翼缘梁LHFB畸变屈曲的发生,提高构件的承载力.建议对LHFB加设横向加劲肋时,加劲肋厚度按bs/15选取,并且与翼缘和腹板全部焊接.在纯弯状态和均布荷载作用下沿梁长均匀布置两道加劲肋,在跨中集中力作用下在跨中位置布置一道加劲肋.