组合截面冷弯薄壁型钢结构研究进展

冷弯薄壁型钢房屋抗震性能优越,适合工业化建造,在国内外建筑行业已占有一席之地,符合国家“十三五”规划对房屋建筑发展提出的新要求。该文对国内外在冷弯薄壁型钢房屋受力性能的研究成果和相关规范的设计规定进行了全面的综述,发现传统冷弯薄壁型钢房屋在传力机制、受力构件截面种类等方面的不足,提出新型组合截面的冷弯薄壁型钢“非盒子”式的框架结构体系,总结该体系中受力构件、节点以及整体框架受力性能的研究进展,给出了组合柱稳定承载力、节点极限弯矩和初始刚度的计算公式。最后对该类组合截面冷弯薄壁型钢框架结构体系今后需要深入研究的问题提出了建议。     

厚壁方矩形管冷弯效应对比分析

为了对厚壁型钢管的冷弯工艺改进、性能分析、结构强度设计和数值模拟结果的验证提供重要依据,进行了冷弯厚壁钢管上截取的平板件、弯角件、母材和相应方、矩形截面短柱的力学性能试验研究,获得了短柱全截面屈服强度相对于母材强度的提高值。分别运用北美等国厚壁冷弯型钢规范、国内薄壁冷弯型钢规范以及相关文献中的修正规范,对我国厚壁冷弯方矩形型钢管全截面强度进行设计和对比分析。结果表明:因冷弯工艺不同,国外公式计算的结果高于国内短柱实测值,国内厚壁冷弯型钢的强度设计不能照搬现有的国外厚壁冷弯型钢设计规范;国内薄壁公式能否适用要视型钢的冷作硬化效应程度决定;原料的强屈比和冷弯应变程度越大,则冷作硬化效应越大;焊接热使板件受到低温"退火"的作用不可忽略,其常常导致竖直配辊冷弯厚壁矩形型钢时,两竖直侧平板件强度低于母材。     

冷弯薄壁型钢组合楼盖面外和面内刚度试验研究及理论分析

冷弯薄壁型钢组合楼盖作为冷弯薄壁型钢结构住宅体系中主要竖向承重和水平传力构件，应具备良好的面外和面内受力性能以推动轻钢结构体系由低层向多高层发展。基于此，对冷弯薄壁型钢组合楼盖分别进行正常使用阶段抗弯刚度试验、抗弯承载力试验以及面内刚度试验，试验结果表明：组合楼盖面外最终破坏模式为C形楼盖梁在最外侧加载点处压屈破坏，面内最终破坏模式为两侧C形楼盖梁与压型钢板间自攻螺钉连接破坏，冷弯薄壁型钢组合楼盖属于部分抗剪连接的组合楼盖。设置楼面板会大幅提高组合楼盖的面内承载力、面内刚度及面内延性，混凝土组合楼盖的抗弯刚度和刚度退化程度优于石膏基自流平砂浆组合楼盖。基于组合楼盖的受力机理和破坏特征，引入C形楼盖梁与组合楼板界面滑移模量，推导了部分抗剪连接T形截面组合梁的等效抗弯刚度公式来计算楼盖的竖向挠度；建立宽翼缘深梁受力分析模型，推导出组合楼盖面内跨中位移计算方法。该文研究成果为完善冷弯薄壁型钢多层住宅体系中组合楼盖的设计计算理论提供了科学依据。     

不同构造措施的冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙抗剪性能试验研究

研究了一种新型钢-混凝土组合墙体,即冷弯薄壁型钢增强的混凝土剪力墙的抗剪性能。通过5个冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙和1个钢筋混凝土剪力墙的拟静力试验,研究了边缘构件纵筋类型及数量、表面钢模网、冷弯薄壁型钢底部锚固等构造措施对剪力墙抗剪性能的影响。研究表明：配筋合适的冷弯薄壁型钢混凝土剪力墙的受剪性能和破坏模式与传统钢筋混凝...     

循环荷载作用下冷弯薄壁矩形截面构件的破坏行为及影响参数

完成了6个壁厚低于3mm的冷弯薄壁矩形截面钢压弯足尺构件拟静力试验,研究其在常轴力循环弯矩作用下的滞回性能,并对其破坏行为、滞回曲线、骨架曲线、耗能及延性性能等进行了综合分析。在试验研究结果的基础上,基于ANSYS软件,建立了冷弯薄壁矩形截面钢构件数值分析模型,完成了其滞回性能的参数分析。分析结果表明,轴压力对塑性屈曲后构件的承载力、刚度及延性性能有劣化作用;存在最优截面高宽比组配,使得构件的延性性能最佳,当高宽比其超过最优截面高宽比值,随高宽比增大延性变差;长细比越大,构件的极限承载能力、变形能力及耗能能力越差。     

弯曲应力作用下的腹板转动约束刚度研究

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。该文对弯矩绕截面强轴作用的冷弯薄壁卷边槽钢腹板,首先构造出一个满足全部边界条件的位移函数,利用迦辽金法求出弯曲应力作用下腹板提供给翼缘板的转动约束刚度近似解析解;接着利用有限元分析软件验证了其计算精度;最后研究提出了具有较高精度的转动约束刚度简化计算公式。研究成果为提出冷弯薄壁卷边槽钢在弯矩绕强轴作用下的弹性畸变屈曲荷载实用计算公式提供了依据和方便。     

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。     

250mm×250mm×9.2mm厚壁方形型钢管冷作硬化效应研究

针对断面规格为250mm×250mm×9.2mm的Q345B厚壁冷弯方形型钢管,进行了平板、弯角、相应母材和短柱试件的力学性能试验。结合冷弯生产工艺,详细分析了平板、弯角试件力学性能随冷弯道次的变化规律,并与相关文献中的厚壁型钢冷作硬化效应作了比较。运用国内外冷弯型钢设计规范和相关文献中的修正规范,对本厚壁冷弯方形型钢全截面强度进行了设计和对比分析。结果表明:国外公式偏于危险,国内薄壁公式可直接用于该冷弯方形钢;型钢全截面上平板件的性能分布极不均匀,短柱全截面强度的提高远低于平板与弯角部分强度的提高。     

冷弯薄壁型钢增强复合材料夹层梁的受剪性能

冷弯薄壁型钢增强复合材料(GCS)夹层梁由上、下玻璃纤维增强复合材料(GFRP)面板、轻质芯材和冷弯薄壁型钢组成.将薄壁型钢(压型钢板)嵌入巴萨木芯材内部,以提高其剪切刚度和极限承载力,薄壁型钢和纤维面板之间采用铆钉连接.通过3点弯试验对GCS夹层梁受剪性能进行研究,分析了薄壁型钢厚度、铆钉间距等参数对其剪切受力机理和破坏模式的影响.结果表明:相对于无薄壁型钢增强复合材料夹层梁,GCS夹层梁剪切刚度和极限承载力分别提高了98％ ～133％ 和71％ ～127％;薄壁型钢厚度对GCS夹层梁剪切刚度和极限承载力影响不明显;GCS夹层梁剪切破坏模式为巴萨木芯材剪切和GFRP面板与薄壁型钢界面剥离破坏;铆钉能有效抑制GFRP面板与薄壁型钢间界面剥离破坏,提高夹层梁延性性能,间距越小,提高效果越明显.     

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。     

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...     

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。     

冷弯薄壁箱形截面柱在偏心荷载作用下的弹塑性屈曲

本文对冷弯薄壁箱形截面柱分别在常位移梯度偏心加载和常荷载偏心距加载下的弹塑性屈曲后性能进行了全过程屈曲分析。分析中考虑了壁板初曲、截面弯角处冷作硬化以及应力应变曲线的圆滑过渡过柱屈曲后承载能力的影响。采用修正的Ilyushin屈服准则,将线性有限条理论推广应用于解决大挠度、弹塑性稳定问题,不仅大大地减少了计算工作量,而且具有较高的精度。进行了冷弯箱形截面柱的受压试验。试验与理论分析结果比较吻合。     

地震作用下冷弯薄壁型钢结构房屋弹塑性位移简化计算研究

针对地震作用下冷弯薄壁型钢结构房屋弹塑性位移的简化计算,基于层间剪切模型和冷弯薄壁型钢组合墙体的恢复力模型,对2层~7层冷弯薄壁型钢结构房屋进行弹塑性时程分析。通过对滞回耗能沿楼层高度分布规律的研究,确定了冷弯薄壁型钢结构房屋薄弱楼层的位置;研究了楼层屈服剪力系数、楼层数、结构自振周期和不同地震记录对弹塑性层间位移增大系数的影响;通过大量参数统计分析,提出了冷弯薄壁型钢结构房屋弹塑性层间位移增大系数与楼层屈服剪力系数和楼层数的定量关系,为罕遇地震作用下冷弯薄壁型钢结构房屋弹塑性位移验算提供依据。     

钢-竹组合柱轴心受压性能的试验研究

该次试验共制作了3根组合柱,均由结构胶粘剂粘合冷弯薄壁C型钢和竹胶合板而成。对试件施加轴向压力,观察分析试件受力后的变形、破坏形态,探究其破坏机理,并提出极限承载力的建议计算公式。对试件上端作不同处理,考虑工艺误差对试件承载力的影响。研究结果表明:1)组合柱在轴心受压过程中薄壁型钢和竹胶合板的变形基本一致,即符合平截面假设,试件整体受力性能良好;2)在受力全过程中,试件呈理想弹塑性,但塑性强化作用并不明显,偏于安全,不考虑塑性强化对承载力的贡献;3)试件破坏时,出现竹胶合板的局部腰鼓状凸曲现象且内部钢板达到屈服;4)制作工艺误差对组合柱的承载力影响较大。     

抽芯对H96薄壁矩形波导管绕弯成形回弹的影响

基于ABAQUS软件平台,建立了考虑弹性模量变化的H96薄壁矩形管绕弯回弹预测模型,模拟研究了考虑弹性模量随塑性变形的变化和不考虑弹性模量变化对回弹预测精度的影响,并试验验证了模型的可靠性.基于所建模型,模拟研究了抽芯参数对H96黄铜薄壁矩形管绕弯成形回弹角的影响规律及抽芯前后截面尺寸的变化规律.结果表明:采用变弹性模量的回弹预测模型可有效提高回弹预测精度14.9%;随着芯棒与管坯摩擦系数增大,回弹角减小;抽芯次数增加,回弹角先减小后趋于稳定;抽芯速度增大,回弹角先减小后趋于稳定;抽芯后的截面回弹有助于使各截面变化量趋于均匀.     

新型轻钢结构房屋的发展与应用

本文主要介绍冷弯薄壁型钢在国内外房屋建筑中的应用与发展现状，轻钢结构构件的主要截面形式材质及构造要求．最后还展望了轻钢结构在我国建筑行业中的应用前景，作为工程管理人员给出了轻钢结构在建筑行业中发展方向及对策。     

芯模参数对3A21矩形管绕弯截面变形的影响研究

为解决截面变形对铝合金薄壁矩形波导管通信信号传输质量的影响,基于ABAQUS/Explicit平台建立了3A21铝合金薄壁矩形管绕弯成形三维有限元模型,并试验验证了该模型的可靠性,在此基础上模拟研究了芯模参数对截面变形的影响规律.研究结果表明:增加芯头个数、增大芯头厚度以及芯头间间距,截面变化率减小,而增大芯头圆弧角度,截面变化率增大;当芯模支撑角度不变时,芯头个数和芯头厚度的改变仍会对截面变形产生很大影响,芯头厚度越大,管坯的截面变形程度越小.     

冷弯非薄壁方管材料特性试验及分析模型

为了能够更好掌握冷弯非薄壁方管(壁厚大于6mm)的受力性能,考虑不同的壁厚、宽度、加工工艺和钢号,对冷弯非薄壁方管的平板部位、弯角部位以及平板与弯角交界部位进行了材性试验。结合国内外以往的研究成果,对比发现:所测试的方管角部的屈服强度及抗拉强度都要大于平板部位,角部的屈服强度的提高幅度要大于其抗拉强度;平板与弯角交界部位的材料强度与平板部位相比,并没有表现出明显的提高;虽然方管所有部位的屈服强度及抗拉强度均有不同程度的提高,但它们的强屈比及拉断后的伸长率却有不同程度的降低;材料的应力-应变全过程曲线呈现“无明显屈服平台”的特性,弯角部位的材料强化模量要明显大于平板部位,先圆后方工艺的方管材料的强化模量要大于直接成方的方管。最后,在试验结果的基础上,提出了冷弯非薄壁方管材料力学性能的分析模型。     

基于Timoshenko梁理论的薄壁梁弯扭耦合分析

该文主要以截面形心与剪切中心不重合的等截面空间薄壁梁为研究对象。以Timoshenko梁理论和薄壁杆件理论为基础,考虑横向剪切变形以及横向剪力和二次剪应力所产生的翘曲,将转角位移和翘曲位移采取独立插值,利用虚功原理推导出薄壁截面空间梁元的弯扭耦合刚度矩阵。算例表明:所建立的模型具有很好的精度,满足工程应用;当截面有非对称轴时,计算须考虑弯扭耦合的影响。