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。     

弯剪共同作用下不锈钢薄腹梁承载性能试验研究

为研究不锈钢薄腹梁在弯矩和剪力共同作用下的承载性能,进行了6根焊接工字形截面不锈钢梁的试验研究.结果 表明,所有梁试件的破坏形态为结合了腹板剪切屈曲和受压区板件局部鼓曲的弯剪联合屈曲.建立精细有限元数值模型对试验过程进行模拟,同时考虑了不锈钢材料、几何双非线性,局部几何初始缺陷和焊接残余应力的影响.基于得出的试验和有限...     

不锈钢焊接工字形截面梁整体稳定性分析

基于国内外已有的不锈钢焊接工字形截面梁整体稳定性的计算方法,包括美国SEI/ASCE 8-02中的方法、欧洲EN 1993-1-4中的方法和王元清提出的方法,采用有限元方法对不锈钢焊接工字形截面梁的整体稳定性进行分析,并用不锈钢焊接工字形截面梁已有的试验数据对有限元模型的准确性进行验证,在此基础上,对不锈钢焊接工字形截面梁进行参数化分析。分析表明:对梁整体稳定承载力影响的因素从大到小依次为材料名义屈服强度、荷载类型、截面类型和焊接残余应力;在参数化分析的基础上,提出基于修正正则化长细比的Perry公式型整体稳定系数表达式;将所提出的计算方法、国内外现有的计算方法与试验数据进行了对比,结果表明受试验中边界条件的影响,试验值高于计算方法的计算值,与其他方法相比,所提出的计算方法与有限元计算结果吻合更好,可以用于计算焊接工字形截面梁的整体稳定承载力。     

不锈钢焊接工字形截面残余应力分布试验研究

通过焊接加工10个不锈钢工字形截面试件（选材包括奥氏体型S30408和双相型S22253两种），采用分割法将试件截面切分成条带，量测释放的残余应变，计算得出截面的残余应力大小与分布形态。结果表明：试件截面的残余拉应力峰值低于材料的名义屈服强度，对于奥氏体型S30408和双相型S22253两种不锈钢试件的截面残余拉应力峰值分别约为其名义屈服强度的80%和60%。基于试验结果对现有简化分布模型的评估表明其应用的局限性，提出可以较准确描述不锈钢焊接工字形截面残余应力分布的建议简化模型，结合现有的其他试验数据，对建议简化分布模型的适用范围进行了验证和推广，可以为不锈钢结构构件的稳定性研究和设计提供参考。     

Experimental study on residual stresses in welded monosymmetric I-section

为了研究单轴对称焊接工字形截面残余应力分布规律,采用盲孔法对15个单轴对称工字形截面试件进行了试验研究,得到了不同试件全截面纵向残余应力分布,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比、翼缘宽度、施焊顺序等对残余应力的影响。试验结果表明：残余压应力数值与截面尺寸直接相关,残余拉应力数值受截面尺寸影响较小;腹板中靠近宽翼缘一侧的残余压应力峰值大于靠近窄翼缘一侧的压应力峰值;翼缘宽度增大时,分布于所在翼缘和腹板的残余压应力减小;施焊顺序对翼缘上的残余应力及腹板上的残余拉应力峰值有一定影响,而腹板上的残余压应力没有明显变化。基于试验结果,提出了适用于单轴对称焊接工字形截面的残余应力分布模型,该模型能够较准确反映各种因素的影响。     

单轴对称焊接工字形截面残余应力试验研究

为了研究单轴对称焊接工字形截面残余应力分布规律,采用盲孔法对15个单轴对称工字形截面试件进行了试验研究,得到了不同试件全截面纵向残余应力分布,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比、翼缘宽度、施焊顺序等对残余应力的影响。试验结果表明:残余压应力数值与截面尺寸直接相关,残余拉应力数值受截面尺寸影响较小;腹板中靠近宽翼缘一侧的残余压应力峰值大于靠近窄翼缘一侧的压应力峰值;翼缘宽度增大时,分布于所在翼缘和腹板的残余压应力减小;施焊顺序对翼缘上的残余应力及腹板上的残余拉应力峰值有一定影响,而腹板上的残余压应力没有明显变化。基于试验结果,提出了适用于单轴对称焊接工字形截面的残余应力分布模型,该模型能够较准确反映各种因素的影响。     

Q460高强度钢焊接工字形截面压弯构件局部和整体弯扭相关屈曲有限元分析

采用有限元法分析了高厚比超限的Q460钢焊接工字形截面压弯构件局部和整体弯扭相关屈曲的极限承载力,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比、构件长细比和荷载相对偏心率对其相关屈曲承载力的影响,提出了Q460钢焊接工字形截面压弯构件的局部和整体弯扭相关屈曲极限承载力修正计算公式。研究表明:有限元模型能够较好地模拟焊接工字形截面压弯构件局部和整体弯扭相关屈曲极限承载力;腹板高厚比、翼缘宽厚比、构件长细比及荷载相对偏心率增大均会导致构件无量纲化极限承载力降低;基于《钢结构设计规范》(报批稿)GB 50017提出的修正公式计算值与有限元计算值吻合较好。     

奥氏体316不锈钢焊接工字形截面残余应力的试验研究

不锈钢在建筑结构中的应用逐渐增多,其中包括不锈钢屋盖结构、不锈钢桥梁、不锈钢墙面等结构中的应用。目前国内对不锈钢力学性能的研究相对较少,其中焊接残余应力是影响不锈钢构件焊接影响的一个重要因素,焊接残余应力的分布规律成为迫切需要研究的内容之一。采用分割条带法对奥氏体不锈钢316(06Cr17Ni12Mo2)包括6种截面的焊接工字型钢的纵向残余应力进行测量,通过对测量数据的分析,得到其残余应力的大小和分布特点,为进一步总结焊接不锈钢构件残余应力的分布和残余应力对不锈钢构件的承载力的影响提供了基础。     

纯弯等截面焊接工字形梁整体稳定系数研究

为配合《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)的修订工作,对纯弯等截面焊接工字形梁的整体稳定系数进行了研究.对各国钢结构规范中关于梁整体稳定系数问题的计算方法做了简要介绍,比较了各国规范对焊接工字形梁稳定承载力计算结果的差异;对等端弯矩作用下等截面焊接工字形梁的整体稳定性进行了大量数值模拟,其中考虑了梁构件的初始几何缺陷及残余应力分布.通过对比正则化长细比与梁整体稳定系数曲线可以发现,现行《钢结构设计规范》在计算梁稳定系数时对构件初始几何缺陷及残余应力考虑不足,规范计算结果在较大范围内高出有限元数值分析结果,会产生不安全的设计,故建议对规范公式进行修订.     

高强钢焊接工字形截面梁整体稳定性能分析

为了研究不同残余应力分布模式和钢材强度等级对焊接工字形截面梁整体稳定性能的影响,采用ANSYS有限元软件建立了有限元模型,通过与相似试验的对比,证明了有限元模型的正确性。在此基础上对屈服强度为235 MPa,345 MPa和460 MPa的钢梁分别进行考虑残余应力和不考虑残余应力的有限元分析,结果表明,残余应力会使钢梁整体稳定性能降低;钢梁整体稳定承载力会随着钢材强度的提高而提高。     

Experimental study of lateral-torsional buckling behavior of stainless steel welded I-section beams

Investigations on lateral-torsional buckling behavior of stainless steel welded I-section beams were carried out through fourpoint bending tests. The Chinese austenitic stainless steel adopted in this study contains approximately 17% of Cr, which could be graded as EN 1.4401. The non-linear stress-strain relationship of the material, the residual stress distribution of the section and the ultimate moment capacity of the welded I-section beams were obtained from the experiments, and they were compared with those results predicted by analytical models recommended by several researchers. Besides, a new model is proposed to predict the residual stress distribution of the stainless steel welded I-section beams.     

焊接不锈钢工字形截面梁整体稳定性试验研究

不锈钢材料在建筑结构中已得到广泛应用。为研究焊接不锈钢梁的整体稳定性能,进行了纯弯状态下的静力试验研究。试验包括10个试件,材料类型为奥氏体型316。截面类型采用了双轴对称和单轴对称工字形截面,试件的端部约束采用夹支,试验过程持续加载,直至达到试件的承载力峰值。基于试验结果,研究了焊接不锈钢梁的失稳破坏形态和极限承载力;对比了试验极限弯矩与理论弹性弯矩、塑性弯矩的差异,并将试验结果与有限元分析结果进行了对比。结果表明：试件的承载能力随着跨度的增大而减小,有限元分析能够准确预测试件的承载力,与试验结果吻合良好。     

Lateral buckling strengths of cold-formed rectangular hollow sections

Code rules for designing steel beams against lateral buckling which are based on data for hot-rolled I-sections are unnecessarily conservative when used for cold formed rectangular hollow section beams.Cold-formed rectangular hollow section beams have different stress-strain curves, residual stresses, and crookedness and twist. The effects of residual stress on the inelastic buckling of I-section beams are not nearly as pronounced for hollow sections with two webs, while the strengthening effects of pre-buckling deflections are greater for hollow sections. Simplistic code rules for top flange loading are very conservative when applied to hollow sections.This paper reviews elastic lateral buckling behaviour and the strength rules used to design steel beams. It develops realistic models for cold-formed rectangular hollow beams which are analysed to predict the effects of moment distribution, load height and yield stress on their strengths. The results of the analyses are used to develop improved design rules which remove much of the conservatism of present design rules.     

残余应力对等截面H型钢梁屈曲性能的影响研究

以有限元分析软件ANSYS为工作平台,基于非线性板壳有限元理论,采用壳单元对等截面H型钢梁考虑双重非线性的全过程分析,从而对其屈曲性能进行深入的研究。通过变化构件腹板、翼缘的残余应力峰值,从荷载一位移曲线、承载力、变形的发展等方面入手,分析了残余应力对等截面H型钢梁屈曲性能的影响,获得了一些有价值的结论。     

Class 4 stainless steel I beams subjected to fire

Structural elements composed of Class 4 sections are common in stainless steel buildings structures. These thin walled profiles are more susceptible to the occurrence of local buckling. Additionally, in beams the lateral-torsional buckling is also a common failure mode. These instability phenomena are intensified at high temperatures. This work has the main objective of presenting a numerical study on the fire behavior of beams with Class 4 stainless steel sections when subjected to pure bending and high temperatures. The influence of several parameters, as geometrical imperfections and residual stresses, on the ultimate load will be evaluated and comparisons between the numerical results and the Eurocode 3 rules will also be made.     

Numerical investigation of inelastic buckling of steel–concrete composite beams prestressed with external tendons

The ultimate resistance of a continuous composite beam is governed by either distortional lateral buckling or local buckling, or an interactive mode of the two which is sharply different from the torsional buckling mode in a bare steel beam. A finite element model is developed and based on the proposed FE model, inelastic finite element analysis of composite beams in negative bending is investigated, considering the initial geometric imperfection and the residual stress patterns and the FE results are found agree well with the test results. Parametrical analysis is carried out on the prestressed composite beams with external tendons in negative bending. Factors that influence load carrying performance and buckling moment resistance of prestressed composite beams are analyzed, such as initial geometric imperfection, residual stress in steel beams, force ratio, which is defined as the extent of prestressing force and negative reinforcement in the beams, as well as the slenderness ratios of web, flange, and beams. By varying cross-section parameters, 25 groups of composite beams under negative uniform bending with initial geometric imperfection, residual stress as well as different force ratios, 200 beams in total are studied by means of the FE method. The computed buckling moment ratios are drawn against the modified slenderness proposed by the authors and compared with the Chinese Codified steel column design curve. It is demonstrated that the tentative design method based on the Chinese Codified design curve can be used in assessment of buckling strength of composite beams in a term of the modified slenderness defined.     

残余应力对等截面H型钢梁相关屈曲的影响分析

以有限元分析软件ANSYS为工作平台,基于非线性板壳有限元分析理论,采用大挠度弹塑性分析方法,对轻型门式刚架中H型钢梁相关屈曲性能进行了深入的研究,主要考察了残余应力对等截面H型钢梁相关屈曲性能的影响,获得到了一些有价值的结论。     

多孔钢梁在组合屈曲模态下的非线性分析

讨论了一般强度和高强度多孔钢梁在组合屈曲模态下的非线性分析。建立一个考虑腹板和翼缘初始几何缺陷、残余应力和材料非线性等情况的多孔钢梁的三维有限元模型。用具有不同长度,不同截面,不同荷载条件和不同失效模态的多孔梁的试验结果验证了此有限元模型。该模型能计算多孔梁的失效荷载,跨中荷载-挠度关系和失效模态。用120根多孔梁的有限元计算数据进行了参数分析,研究截面几何尺寸,梁长和钢材料强度对多孔梁强度和屈曲性能的影响。参数研究结果显示:由于组合腹板的扭转和腹板后屈曲引起的多孔梁失效对承载力有很大的影响。对于长细比较小的多孔梁,应用高强度钢材料将能显著提高失效荷载值。将有限元计算得到的失效荷载与利用澳洲规范计算的多孔梁平面外屈曲计算结果进行了对比,发现规范的计算结果对于平面外屈曲的一般强度多孔梁是不保守的,而对于组合腹板扭转和腹板后屈曲的高强度多孔梁的失效则非常保守。     

对预装体外钢筋的钢-混凝土组合梁弹塑性屈曲的数值分析

连续组合梁的极限承载力由侧向畸变屈曲、局部屈曲,或者由两者的相互作用决定,这一点与纯钢梁的扭转屈曲破坏模式完全不同。利用有限元模型对负弯矩区的组合梁进行了弹塑性有限元分析,其中考虑了初始几何缺陷和残余应力,最终发现有限元分析结果与试验结果吻合良好。另外,对负弯矩区的预装体外钢筋的组合梁进行了参数研究。分析了影响组合梁承载能力和屈曲弯矩抗力的因子,如初始几何缺陷、钢梁的残余应力、力比值、预应力范围、负力矩钢筋、板、翼缘和梁的宽厚比。利用有限元法对负弯矩作用下的25组共200根具有不同截面参数、初始几何缺陷、残余应力和不同力比值的组合梁进行了分析。将计算出的屈曲弯矩率与改进宽厚比的曲线与中国规范中钢柱设计曲线进行了对比。结果证实:对于改进了的宽厚比值,本文依据中国规范的设计曲线推导出来的设计方法可以用于对组合梁屈曲强度的评估。     

高强度钢材轴心受压钢柱整体稳定性能的缺陷影响研究

为研究高强度钢材轴心受压构件的整体稳定受力性能,了解构件的几何初始缺陷和截面残余应力对其屈曲强度和失稳变形的影响,以及与普通强度钢材轴压杆相比高强度钢材柱的整体稳定性能对缺陷敏感性的变化,采用有限元方法进行数值模拟计算,通过变换几何初始缺陷系数、残余应力数值大小和钢材强度等参数,对计算结果进行对比分析。研究结果表明,随着钢材强度的提高,高强度钢材轴压杆的整体屈曲强度对初始缺陷的敏感性明显降低,特别是对残余应力分布的敏感性;此外,初始缺陷的影响还与构件的长细比有直接关系。研究工作进一步揭示了高强度钢材轴压柱整体稳定性能的特点和优势。