均匀受压工字型等截面三铰圆弧钢拱的平面内稳定性和极限强度

采用大挠度弹塑性有限单元法对均匀受压等截面三铰圆弧钢拱的平面内稳定性和极限强度进行研究,考虑了材料非线性、残余应力、初始几何缺陷和矢跨比的影响,得到了均匀受压工字型等截面三铰圆弧钢拱的平面内稳定性设计曲线,并与国内外钢结构设计规范轴心受压构件的稳定曲线进行了对比,得出了轴心受压构件的稳定曲线不能直接用于拱的稳定性设计的重要结论。     

激光焊接不锈钢工字形截面中长柱受力性能研究

为研究激光焊接奥氏体不锈钢工字形截面轴心受压中长柱的承载性能,对10根激光焊接不锈钢工字形薄柔截面中长柱进行轴心受压试验研究,结果表明,中长柱的破坏模式均为板件局部屈曲与构件整体弯曲屈曲的相关失稳。同时,基于残余应力试验,验证了已有激光焊接不锈钢工字形截面的残余应力分布模型。基于试验结果验证了有限元模型,对激光焊接不锈钢工字形截面轴心受压中长柱开展参数分析,研究了几何初始缺陷和残余应力对中长柱稳定承载力的影响,结果表明,残余应力是影响中长柱稳定承载力的主要因素。结合试验和有限元计算结果,对CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》中轴心受压构件稳定承载力设计公式的适用性进行评估,并考虑残余应力的影响修正了轴心受压构件整体稳定设计公式的计算系数。采用修正后计算系数的规范公式能准确计算激光焊接不锈钢工字形截面轴心受压构件的稳定承载力。     

空心钢管混凝土轴心受压构件的工作性能和承载力

介绍了离心法生产的各种截面空心钢管混凝土构件轴心受压时的工作性能。工作性能是随着套箍系数和空心率的变化而变化,呈系列化和连续性.符合统一理论的推断.用有限元法确定各种截面构件的组合抗压强度标准值和设计值,按具有e0=L/1000初始偏心的受压构件用有限元法确定圆钢管混凝土构件轴心受压的临界应力,对于多边形和方形截面构件,根据等效圆截面的欧拉临界应力的比较,导得多边形和方形截面构件的轴压稳定系数,以及空心多边形和方形截面构件的轴压稳定系数。进行了圆形,方形和多边形轴压短柱的试验,试验结果与计算结果吻合很好。同时导出轴心受压时统一的强度和稳定承载力设计公式,该公式对各种实心和空心,圆形和多边形截面都适用,使用方便,可供设计采用。     

不锈钢箱形截面轴心受压构件整体稳定性有限元研究

为研究不锈钢箱形截面轴心受压构件的整体稳定性,采用ANSYS软件对奥氏体和双相体两种不锈钢箱形截面轴心受压构件的整体稳定性进行了数值模拟,模拟中考虑了材料的非线性本构模型、构件的初始几何缺陷、残余应力的影响。重点通过不锈钢箱形截面构件在轴压作用下的荷载-位移曲线、截面应变发展情况及极限承载力对其整体稳定性能进行阐述。通过对比有限元模拟值、试验值以及根据规范计算的承载力,认为采用ANSYS软件能对不锈钢箱形截面轴心受压构件进行准确地模拟,残余应力对箱形截面的极限承载力影响较小,《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)不适用于不锈钢整体稳定性设计。     

中美欧钢结构标准设计方法比较

对中国、美国、欧洲钢结构设计标准中一些典型问题进行了比较分析。结果表明:对轴心受拉构件,美、欧标准考虑更为全面;对轴心受压构件整体稳定计算,三本标准采用的设计思想较为接近,美、欧标准的φ系数高于我国规范;对轴心受压构件的局部稳定计算,美、欧标准根据板件的宽厚比限值对截面进行分类,且利用屈曲后强度;受弯构件整体稳定计算时中国规范的整体稳定系数φb最大,美国规程次之,欧洲规程最小。     

长期荷载作用对矩形钢管混凝土轴心受压柱力学性能的影响研究

考虑长期荷载作用效应的影响 ,进行了矩形截面钢管混凝土 (以下简称矩形钢管混凝土 )轴心受压构件变形和承载力的试验研究。基于美国混凝土学会 (ACI 1992 )提供的混凝土徐变和收缩模型 ,对长期荷载作用下矩形钢管混凝土构件的变形进行了计算 ,理论结果和试验结果吻合较好。利用数值方法分析了考虑长期荷载作用影响时 ,矩形钢管混凝土轴心受压柱的荷载 -变形关系曲线 ,理论计算曲线和试验曲线基本吻合。在系统分析了长细比、截面含钢率、钢材种类和混凝土强度等因素影响的基础上 ,提出了考虑长期荷载作用影响时矩形钢管混凝土轴心受压柱承载力的简化计算公式     

460MPa级高强度钢材工字形截面轴心受压柱局部稳定有限元分析和设计方法研究

为研究标准屈服强度为460 MPa的高强度钢材工字形截面轴心受压柱的局部稳定受力性能,采用通用有限元软件ANSYS建立有限元模型,考虑残余应力和局部初始几何缺陷的影响,与已有的460 MPa高强度钢材工字形截面轴心受压柱试验进行对比分析,验证了有限元建模方法的正确性。利用经过验证的有限元模型,针对460 MPa高强度钢材工字形截面轴心受压柱的局部屈曲性能进行有限元参数分析,并将已有试验结果、有限元参数分析结果,与中国、美国和欧洲钢结构设计规范中的设计曲线进行对比,提出新的设计公式。结果表明:钢板厚度、钢板长宽比、局部初始几何缺陷幅值和残余压应力值对构件翼缘极限承载力的影响很小,但对翼缘局部屈曲承载力有较大影响;所提出的建议设计计算公式相对于中国、美国和欧洲钢结构设计规范中的设计计算方法,更加适用于460 MPa工字形截面轴心受压柱极限应力和局部屈曲应力的设计计算。     

钢异形柱轴心受压承载力实用计算研究

继文献[1]对L形截面钢柱的弯扭相关屈曲一般性方程研究后,又研究了L形截面钢柱轴心受压承载力实用计算方法,推导出了L形截面柱换算长细比计算公式,考虑了柱缺陷影响,给出了轴心受压稳定系数φ,从而得出L形截面柱轴心受压实用设计计算公式,并做了几组L形截面柱轴心受压承载力试验,验证了计算公式.     

钢异形柱轴心受压承载力实用计算研究

继文献[1]对L形截面钢柱的弯扭相关屈曲一般性方程研究后,又研究了L形截面钢柱轴心受压承载力实用计算方法,推导出了L形截面柱换算长细比计算公式,考虑了柱缺陷影响,给出了轴心受压稳定系数φ,从而得出L形截面柱轴心受压实用设计计算公式,并做了几组L形截面柱轴心受压承载力试验,验证了计算公式。     

T 形闭口截面钢柱整体稳定性分析

根据薄壁杆件理论推导T形闭口截面柱在双向压弯状态下的临界荷载方程，经简化求得轴心受压荷载的临界力解析解。再利用有限元分析了几何缺陷、残余应力对T形闭口截面钢柱稳定承载力的影响，获得T形闭口截面钢柱的λ珔-φ曲线；将其与规范中的柱子曲线进行比较，得到的结论可供实际工程设计参考。     

菱形截面RC柱轴心受压性能研究

为分析菱形截面Rc柱在轴心受压时的受力特点,利用有限元软件ABAQUS,按照截面形状的不同建立了5个菱形截面Rc柱模型,完成了轴心受压时构件荷载一变形全过程曲线的计算。计算结果表明,当截面夹角α小于70°时,构件轴心受压承载力及延性有明显降低。     

轴心受压杆件设计

通过对美钢规轴压杆设计方法进行解读,并与17钢标设计方法进行对比,全面介绍了轴压杆弯曲屈曲、扭转屈曲和弯扭屈曲的设计思路及两国规范的异同,有助于理解三种屈曲的设计实现。美国AISC 360-16《建筑钢结构标准》(简称"美国钢标")中轴心受压杆件稳定的强度能力计算规定在第E章计算中,抗压强度取φ_cP_n,受压抗力系数φ_c为0.9轴心受压强度P_n取弯曲屈曲、扭转屈曲和弯扭屈曲强度之最小值。1)弯曲屈曲分析时美国钢标的柱子曲线原为三条,现改为一条。轴压弯曲屈曲强度能力P_n=F_(cr)A_g,其中F_(cr)=0.658~(F_y/F_e)F_y或F_(cr)=0.877F_e,F_e=π~2E/(L_c/r)~2。美国钢标的柱子曲线分两段,界限长细比为137(F_y=235 MPa),正则化长细比λ_c=L_c/πr~(1/2)F_y/E=1.5。弹性阶段以欧拉临界力为基准取0.877的折减系数以考虑杆件的几何缺陷的影响。该概念清楚,且与欧拉公式接轨。非弹性阶段考虑了材料进入比例极限后广义欧拉公式的非线性性质,并考虑了杆件的几何缺陷和残余应力。2)弯曲屈曲分析时,GB 50017-2017《钢结构设计标准》(简称"17钢标")采用四条柱子曲线,弯曲屈曲稳定承载力按N/φAf≤1.0计算,考虑杆件的初始缺陷和残余应力,稳定系数φ按压弯杆件弯曲屈曲临界力确定,适用于弹性区和弹塑性区,设计时先计算出杆件两个主轴方向的长细比,并取较大长细比,再由φ=1/(2λ_n~2[(α_2+α_3λ_n+λ_n~2)-~(1/2)(α_2+α_3λ_n+λ_n~2)~2-4λ_n~2]或φ=1-α_1λ_n~2得到稳定系数φ。3)在扭转屈曲和弯扭屈曲分析时对于双轴对称截面,可能发生扭转屈曲。对于单轴对称截面及无对称轴的截面,可能发生弯扭屈曲。扭转屈曲和弯扭屈曲的强度能力P_n=F_(cr)A_g,其中,F_(cr)=0.658~(F_y/F_e)F_y或F_(cr)=0.877F_e,这里的F_e取扭转屈曲或弯扭屈曲的临界应力。由此可见美国钢标的扭转屈曲和弯扭屈曲是计算出相应的弹性临界力后,按弯曲屈曲的柱子曲线进行计算的。4)扭转屈曲和弯扭屈曲分析时,17钢标的扭转失稳临界力为N_z=1/i_0~2(GI_t+π~2EI_ω/l~2),将该式除以A后可知,美国钢标与17钢标计算扭转屈曲临界力的公式是一致的。具体应用时,17钢标采用等效长细比的概念,将由λ_z=~(1/2)I_0/I_1/25.7+I_w/l_w~2得到的扭转屈曲的长细比,按弯曲屈曲长细比考虑,由前述方法计算稳定系数φ,这与美国钢标的考虑方法是一致的。所不同的是美国钢标的柱子曲线弹性区按欧拉临界力乘以折减系数取值,非弹性区更接近试验曲线;17钢标以回归的试验曲线作为柱子曲线。17钢标采用(N_(Ey)-N_(yz))(N_z-N_(yz))=N_(yz)~2 y_s~2/i_0~2计算弯扭屈曲临界力N_(yz);美国钢标中,令x_o=0,得到单轴对称弯扭屈曲方程为(F_e-F_(ey)(F_e-F_(ez)=F_e~2(y_o/r_o)~2,此两式实质上相同,即17钢标与美国钢标的弯扭屈曲计算法相同。可知对于轴心受压杆件美国钢标和17钢标均给出了弯曲屈曲、扭转屈曲和弯扭屈曲的设计公式,两者均以弯曲屈曲的柱子曲线作为三种屈曲的稳定系数。美国钢标采用一条柱子曲线,17钢标采用四条柱子曲线,均考虑了杆件几何初始缺陷和残余应力,且均与各国的相关试验结果相符。美国钢标和17钢标的扭转屈曲和弯扭屈曲均源自相同的弹性稳定平衡方程,采用等效临界力的方法转换成弯曲屈曲临界力,利用弯曲屈曲柱子曲线进行设计计算。     

国产热轧普通工字钢轴心受压杆件承载能力的研究

本文对以18号热轧工字钢为轴心受压杆件的承载能力进行了试验和理论研究。测定了截面的残余应力,进行了拉伸试件试验、短柱试件试验以及中、长柱试件试验。用切线模量理论对轴心受压柱曲线进行了分析,并同中、长柱试验结果做了比较。用极限强度理论对柱的极限承载能力进行了计算,由于全部冀缘存在着受拉残余应力,按极限强度理论所得柱曲线具有较高的屈曲强度。     

弹性约束条件下H-型截面轴心受压构件的临界荷载分析

论述了在弹性约束条件下H-型截面轴心受压构件的临界荷载分析计算结果，并与解析公式计算所得的结果进行了比较，结果表明：文内的程序适用于轴心受压构件在弹性约束条件下的力学性能分析，同时也进一步证明当考虑弹性约束作用存在时，对各类构件都可以显著地提高其稳定临界荷载。     

不锈钢冷成型管截面轴心受压构件的有限元分析

采用有限元软件ANSYS对不锈钢冷成型管截面轴心受压长柱进行模拟,有限元模型中考虑不锈钢材料的非线性本构关系、冷加工效应、构件的初始缺陷以及构件中的残余应力。将模拟结果与国内外的试验数据进行对比。对比表明:有限元模型能够准确地模拟不锈钢构件的受力全过程,模拟平均误差小于5%;对影响不锈钢轴心受压构件受力性能的因素进行分析,分析表明:方矩管截面的转角区冷加工效应,不锈钢材料力学性能参数变化以及构件的整体缺陷取值对构件的整体稳定性能影响较大,而不锈钢构件的截面对稳定系数影响很小。分析结论可作为建立不锈钢轴心受压构件稳定承载力设计公式的参考。     

轴心受压钢构件稳定系数的讨论

1轴心受压钢构件d类截面稳定系数的解析表达式在高层建筑钢结构中,受力很大的受压构件往往由厚度t≥40mm的厚钢板组成。此类厚钢板的残余应力不但沿板宽变化,在板厚方向也有显著变化。在板件表面常以残余压应力为主,对构件稳定的影响较大。为了对此类厚板组成的受压构件进行准确设计,国家规程[1]、规范[2]在原有a,b,c三类截面的基础上,增加制定了稳定承载力更低的轴心受压钢构件d类截面的稳定系数曲线。在文[1],[2]中,d类截面的稳定系数φ曲线均采用与a,b,c三类截面相同的公式描述,但系数α1,α2,α3取值不同,即正则化长细比λn=λπfyE(1)…     

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。     

高强度钢材轴心受压构件的受力性能

介绍了高强度钢材在实际工程中的应用状况,基于高强度钢材焊接截面钢柱轴心受压试验结果,给出了高强度钢材焊接箱形和焊接I形截面的残余应力分布,并结合多个国家的钢结构设计规范对试验结果进行了分析计算、讨论和比较,对高强度钢材焊接截面轴心受压构件整体稳定和局部稳定受力性能进行了研究。研究结果表明,焊接箱形和焊接I形(绕弱轴,翼缘为焰切边)两种截面(板厚<40mm)的高强度钢材(屈服强度690MPa)轴心受压构件的整体稳定系数高于普通钢材钢构件,可以划分为b类截面;而翼缘的局部稳定性能没有明显提高,翼缘宽厚比限值仍可采用我国现行钢结构规范的规定值。     

钢柱整体稳定性的数值分析方法研究

采用通用有限元软件ANSYS建立轴心受压钢构件有限元模型,对23个已有试验结果钢材焊接截面轴心受压柱的整体稳定受力特性进行有限元分析.详细地介绍了建立有限元模型的具体方法,并给出了分析其整体稳定特性的求解全过程,提出了输入构件几何初始缺陷和模拟截面残余应力的方法.通过将有限元计算结果与相应的试验结果进行对比,验证了本文建立的有限元模型的有效性.计算结果还表明,本方法不仅适用于普通钢材的轴心受压构件计算,而且适用于高强钢轴心受压构件承载力计算.     

基于切线模量理论的白卡纸受压杆件稳定计算

230克巴西白卡纸是高校大学生结构设计竞赛中使用最多的一种材料,本文通过试验测定白卡纸轴心受压杆件稳定临界截面应力;根据切线模量理论具体地推导计算公式.通过与欧拉公式计算受压杆件稳定临界应力的对比,表明按切线模量理论进行巴西白卡纸轴心受压杆件稳定计算是合理可行的.并在第五届武汉大学结构设计竞赛中得以应用。