梯形波纹腹板钢梁弹性局部剪切屈曲计算分析

与平腹板钢梁相比,梯形波纹腹板钢梁腹板局部剪切屈曲性能有所提高。弹性局部剪切屈曲是梯形波纹腹板钢梁设计计算基础,本文运用ANSYS有限元计算分析梯形波纹腹板钢梁弹性局部剪切屈曲,并与经典公式进行计算对比,发现经典公式计算值与ANSYS有限元计算结果存在较大偏差。由于存在"手风琴效应",腹板承担的弯矩相对较小,以致在腹板局部剪切屈曲计算中通常被忽视,这种方法是否适用于所有梯形波纹腹板钢梁及其所造成的计算偏差值得研究。本文从荷载条件、波折角大小、腹板尺寸以及翼缘尺寸等方面对影响梯形波纹腹板弹性局部剪切屈曲的因素进行计算分析。分析表明,上述影响因素与腹板弯矩相关,而腹板弯矩的存在将影响腹板弹性局部剪切屈曲。     

梯形波纹钢腹板的剪切强度

波纹腹板用于提高钢梁腹板剪切稳定性和避免横向加劲。研究梯形波纹钢腹板的剪切强度,总结了以往梯形钢腹板的剪切强度公式及相应理论。提出新的剪切强度公式,考虑不同剪切失效模式的相互影响。根据相关试验的试件参数,对100多个试验结果进行整理和分析。大多数试验条件都与剪切强度公式中的理论条件假定不一致。将这些公式计算结果与试验结果进行对比,结果表明:新公式更精确。     

梯形波纹钢腹板的剪切强度

波纹腹板用于提高钢梁腹板剪切稳定性,同时避免横向加劲。研究梯形波纹钢腹板的剪切强度,总结了以往梯形钢腹板的剪切强度公式及相应理论。提出新的剪切强度公式,考虑不同剪切失效模式的相互影响。根据相关试验的试件参数,对100多个试验结果进行整理和分析。大多数试验条件都与剪切强度公式中的理论条件假定不一致。将这些公式与试验进行对比,结果表明:新公式更精确。     

波纹腹板H型钢梁的腹板受力分析

H型钢腹板强度与稳定性之间的矛盾是长期困扰工程界的一个难题,文中所研究的全波纹腹板H型钢在一定程度上缓解了这个矛盾。文中根据能量原理分析计算了承受均布下的全波纹腹板H型钢梁的腹板屈曲强度,给出了波纹腹板弹性失稳的临界公式,用实例说明了全波纹腹板H型钢的优越性,为这种H型钢在工程中的应用提供了理论依据。     

焊接楔形波纹腹板工字钢梁整体稳定性能研究

建立焊接楔形波纹腹板工字钢简支梁在不等端弯矩作用下的平衡微分方程,并采用有限积分法编写程序求解,提出楔形波纹腹板工字钢简支梁在不等端弯矩作用下临界弯矩的建议公式。将拟合公式计算结果与ANSYS特征屈曲分析进行比较,表明ANSYS特征屈曲分析与弹性理论吻合较好。利用ANSYS特征屈曲分析,拟合得到楔形波纹腹板工字钢简支梁和悬臂梁在6种典型荷载工况(集中荷载和均布荷载分别作用于上翼缘、剪心、下翼缘)下弹性临界弯矩的实用设计公式。在此基础上,通过ANSYS弹塑性稳定分析提出并验证楔形波纹腹板H型钢梁弹塑性稳定极限承载能力计算公式。最后进行5根楔形波纹腹板工字钢悬臂梁在自由端上翼缘单点加载的整体稳定试验,并将试验结果与ANSYS弹塑性分析结果及实用设计公式的计算结果进行对比,验证ANSYS有限元分析的合理性以及实用设计公式的可靠性。     

无背索波形钢腹板部分斜拉桥波形钢腹板屈曲验算与分析

采用波形钢腹板局部屈曲强度、沿腹板高度方向的整体屈曲强度以及两者耦合屈曲强度的计算方法,得到3种屈曲强度远大于钢材的剪切屈服应力,即在其发生剪切屈服之前,波形钢腹板不会发生屈曲破坏。给出了局部屈曲形态和波形钢腹板应力计算结果,验证了设计选用12mm厚的波形钢腹板满足要求。     

不锈钢薄腹梁受剪性能试验研究

通过对7根不锈钢薄腹梁进行受剪性能试验研究,分析了梁腹板的剪切屈曲和屈曲后强度。结果表明：所有梁均发生剪切屈曲破坏,薄腹板中形成拉力带,上翼缘和横向加劲肋中出现塑性铰;根据腹板表面应变和侧向鼓曲变形测得的剪切屈曲应力均低于理论计算的弹性剪切屈曲应力;梁的受剪承载力显著高于腹板剪切屈曲时的荷载,具有较高的屈曲后强度;梁端设置封头肋板可以提高梁的受剪承载力。基于得出的试验结果及现有其他试验数据,对两种考虑腹板屈曲后强度的受剪承载力计算方法进行评估,我国GB 50017—2017《钢结构设计标准》中的公式仅考虑了腹板的受剪承载力,其计算结果总体偏于保守,但是对腹板高厚比较小(λs<1.5)的不锈钢薄腹梁,受剪承载力计算偏于不安全,且计算结果离散性较大;EN 1993-1-4中的计算公式中同时考虑了腹板和翼缘的受剪承载力,其计算结果偏于保守且离散性较小。     

弹性转动约束的钢-混组合梁腹板剪切屈曲试验研究

基于里兹能量法与弹性板件理论推导钢-混组合梁腹板弹性转动约束系数χt计算公式与边界弹性转动约束的腹板剪切临界屈曲应力计算公式。由计算公式可知,钢-混组合翼缘弹性转动约束系数χt的主要影响因素为剪力钉的纵向间距s与横向间距li,且翼缘的弹性转动约束对腹板剪切临界屈曲应力有决定性影响。为验证弹性转动约束系数χt与腹板剪切临界屈曲应力计算公式,进行了一组7片钢-混组合梁试验,考察组合翼缘剪力钉布置的纵向间距s、横向间距li两个变量对腹板弹性转动约束系数以及临界屈曲应力的影响。通过对组合试验梁结果与该文理论方法计算的边界弹性转动约束的腹板临界屈曲应力结果进行比较,发现两种结果变化趋势一致,误差不超过11.6%,验证了之前提出的计算公式的正确性。     

开圆孔波纹腹板钢梁弹塑性抗剪屈曲试验及设计方法研究

为研究波纹腹板H型钢梁开孔后的受剪性能,设计完成4个试件的受剪承载力试验。试验设计为两端简支梁的跨中单调加载,试验中监测试件跨中位移,得到试件的荷载-位移曲线、极限荷载和破坏形态等。采用ABAQUS对其进行数值模拟,将模拟结果与试验对比得到,有限元模型能较好地模拟各试件的受载变形过程。参考现有未开孔波纹腹板的弹塑性屈曲计算方法,根据试验结果及有限元参数分析结果,提出波纹腹板开孔后的弹塑性承载力的计算式。研究表明,开圆孔后的波纹腹板均发生整体剪切屈曲破坏,现有的未开孔波纹腹板弹塑性屈曲计算公式对于开孔后的波纹腹板偏于不安全,文中提出的公式与试验及参数分析的结果相比具有较好的安全性,且形式简单、便于采用。     

不同波纹腹板钢梁弹性整体稳定性能对比分析

基于有限元分析方法对用钢量相同的折线形、梯形、正弦曲线形波纹腹板钢梁进行了弹性的特征值屈曲分析,综合考虑了腹板厚度、钢梁高度、波纹周期等几何参数变化的影响,对比分析了3种波纹腹板钢梁的弹性整体稳定临界荷载。分析结果表明,用钢量相同的3种波纹腹板钢梁,折线形波纹腹板钢梁弹性整体稳定承载力较高。     

波纹钢腹板Ⅰ型梁的弯矩梯度校正因子和弹塑性弯扭屈曲

波纹钢板具有抗剪能力强(没有加劲肋)、焊接工艺少、耐疲劳性好等优点。为了充分利用这些优势,研究人员试图用波纹钢板作为Ⅰ型梁的腹板。弯扭屈曲是这类Ⅰ型梁设计的主要方面。然而,波纹钢腹板Ⅰ型梁的弯扭屈曲仍需进一步研究,特别是在非均匀弯曲等负载条件下。利用有限元分析,研究了线性弯矩梯度下波纹钢腹板Ⅰ型梁的弯扭屈曲强度。结果显示,波纹钢腹板Ⅰ型梁中波纹周期数不同,其屈曲性能也不同。此外,给出了波纹钢腹板Ⅰ型梁弯矩梯度校正因子的简易方程。基于普通Ⅰ型梁的设计方程以及考虑初始缺陷和残余应力的弹塑性有限元分析,讨论了波纹钢腹板Ⅰ型梁的弹塑性弯扭屈曲强度。     

铝合金工字形截面的抗剪承载力研究

提出了考虑腹板屈曲后强度和翼缘约束效应的铝合金工字形截面的抗剪设计方法,并给出实用的建议设计公式。采用有限元方法模拟铝合金工字形截面的受力变形,并对已有工字形截面的抗剪承载力计算理论进行分析。有限元方法得出的荷载-位移曲线反映出铝合金工字形截面腹板弹性剪切屈曲力相当低,而构件整体抗剪承载力却相对较高,传统钢构件的设计方法不能准确反映其实际抗剪能力。在此基础上指出对于铝合金材料制成的工字形截面,抗剪设计公式应准确、方便的计算腹板受剪屈曲后承载力和翼缘对截面抗剪承载力的贡献。经数据比对,建议设计公式的计算结果和Hamoodi M J、Burt C A和Evans H R的试验资料及现行的欧洲铝合金规范公式计算结果吻合,且公式计算简捷。     

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,分析了负弯矩区钢粱腹板在弯曲、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.     

正弦波纹腹板工形截面悬臂钢梁的弹性整体稳定研究

分析了上翼缘作用均布荷载的正弦波纹腹板悬臂钢梁的整体稳定性能影响因素,并对构件的弹性弯扭屈曲荷载的计算方法进行了探究。借助有限元分析软件ABAQUS计算了构件弹性弯扭屈曲临界荷载,比较了不同情况下构件的弹性弯扭屈曲临界荷载,确定了影响因素及影响大小。尝试根据已有的研究寻找计算正弦波纹腹板悬臂钢梁的稳定承载力的方法,并将计算结果与有限元解进行了对比,检验了计算方法的可行性。结果表明:腹板波长对波纹腹板悬臂钢梁整体稳定性能影响最大,腹板波长变化几乎没有影响;减小翼缘尺寸能够凸显出波纹腹板悬臂钢梁的优势;根据已有理论计算正弦波纹腹板悬臂钢梁的整体稳定存在较多问题。     

波纹腹板H型钢梁柱刚接节点静力性能

波纹腹板H型钢能以较薄的钢板获得较高的抗剪屈曲能力,从而可以大量节约钢材。但传统的H型钢梁柱刚接节点的构造形式不适用于波纹腹板H型钢梁,为此提出了2种构造形式的波纹腹板H型钢梁柱刚接节点的构造形式。通过静力试验考察这2种节点的承载力以及各截面的内力分布,并对比了试验结果与有限元分析结果及实用设计公式的计算结果,验证了有限元分析的合理性以及实用设计公式的可靠性。使用有限元分析软件ABAQUS对节点进行了参数分析,研究了端板厚度、连接板厚度与波纹断点对节点承载力的影响。     

广州某波形钢腹板预应力混凝土连续梁桥力学性能分析

广州某特大桥为波形钢腹板预应力混凝土连续梁桥,由于该桥跨度较大,需对其力学性能进行系统分析,以期为今后波形钢腹板桥的应用提供参考。通过有限元软件MIDAS CIVIL建立了上部结构杆系模型,对主梁上下缘混凝土进行了受力计算。除此之外,波纹钢腹板进行了剪切破坏和剪切屈曲破坏验算,桩基进行了承载能力计算。结果表明,该特大桥结构设计合理,主梁混凝土受力符合规范要求,波形钢腹板不会发生剪切破坏及剪切屈曲破坏,并且桩基具有较大的安全系数。     

局部锈蚀影响下钢箱梁腹板剪切屈曲分析

为分析局部锈蚀钢箱梁腹板在纯剪荷载作用下的屈曲特性,对不同翼缘宽度、厚度、腹板宽高比和锈蚀体积损失(DOPV)影响下的腹板剪切屈曲强度进行了有限元计算,并基于工字钢梁腹板屈曲强度计算式,得到了钢箱梁腹板剪切屈曲系数计算式;提出了能衡量钢箱梁锈蚀腹板剩余强度的系数η,拟合了局部锈蚀钢箱梁腹板剪切屈曲强度的计算式。     

考虑荷载偏心的梯形波纹腹板工字梁弯矩修正因子

对不同荷载偏心和端部约束条件下梯形波纹腹板工字梁的弯矩修正因子进行研究。通过有限元屈曲分析获取弯曲修正因子。采用梁单元、新横截面属性公式及新梯形波纹腹板工字梁翘曲常数,建立有限元程序。将弯矩修正因子的理论结果与软件ABAQUS的壳单元模拟结果进行对比。以波纹形式和长度为参数,进行了大量有限元分析。通过数值研究,对理论结果进行验证,并将SSRC规范中的弯矩修正因子与有限元结果对比。将SSRC规范中弯矩修正因子Cb改进为Cb,c,提高了侧向畸变屈曲强度的准确性。     

波纹腹板H型钢梁柱铰接节点静力性能试验研究及有限元分析

通过对2个波纹腹板H型钢梁柱铰接节点的静力试验,分析了波纹腹板H型钢梁柱铰接节点的静力承载能力,研究了波纹腹板H型钢梁柱铰接节点各截面的内力分布,并将试验结果与传统H型钢梁柱铰接节点设计公式的计算结果进行了对比,验证了传统H型钢梁柱铰接节点设计公式的可靠性。采用有限元分析软件ABAQUS对节点进行了有限元分析,将有限元分析得到的荷载-位移曲线与试验结果进行对比,验证了有限元分析的合理性。采用ABAQUS对节点进行了参数分析,研究了端板厚度、梁连接板、柱连接板厚度与波纹断点对节点承载力的影响。研究结果表明：现有的H型钢梁柱铰接节点实用设计公式在设计波纹腹板H型钢梁柱铰接节点时安全可靠;常用的端板和连接板构造方式适用于波纹腹板H型钢梁柱铰接节点;腹板与端板焊接处波纹的断点不影响波纹腹板H型钢梁柱铰接节点的力学性能。     

波纹钢腹板梁剪切受力特性分析

波纹钢腹板梁,是一种新型的结构形式,可以有效地改善梁的力学性能和提高经济指标。在国内外已有研究成果的基础上,分析此新型结构在剪切作用下的受力特点,并结合国外规范,介绍局部屈曲模式下的简化计算公式,通过算例对简化公式进行了比较验证。