薄腹箱形截面构件有效面积计算方法研究

对《钢结构设计规范》（GB50017—2003）、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018—2002）、美国规范（AISC：2005）、欧洲规范（E3-1．5：2006）以及Winter公式受压板件有效宽度的计算公式进行了简要介绍,并采用各国规范对翼缘和腹板不同宽厚比的箱形截面构件有效面积进行了计算和分析,结果表明在不同翼缘和腹板宽厚比的情况下欧洲规范和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018—2002）由于考虑了翼缘和腹板的有效宽度,具有较好的适用性,稳定性较好,因此建议对于箱形截面构件有效面积可采用《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）的计算方法进行计算。     

屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢结构轴压构件承载力计算模式研究

本文收集了目前国内外屈服强度550MPa高强钢材冷弯薄壁型钢结构轴心受压构件的试验数据,参考现行的《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018—2002),对其承载力的合理计算模式进行了系统研究。结果表明,现行规范考虑板组约束计算截面有效宽厚比的方法对屈服强度550MPa高强钢材冷弯薄壁型钢结构轴心受压构件极限承载力的计算是可靠的。     

冷弯薄壁构件腹板局部受压承载力分析及设计建议北大核心CSCD

由于冷弯薄壁构件截面厚度较薄,当无横向加劲肋时,构件可能会在集中荷载作用处发生腹板压跛现象,我国现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018—2002)仅对压型钢板给出了验算公式,但对常用的C形、Z形截面构件并未进行具体规定。综合分析国外相关标准的规定,并考虑我国结构设计的实际情况,给出了统一的冷弯薄壁构件腹板局部受压承载力的计算公式。由试验数据、数值分析和设计算例的对比可以看出,该公式适用于压型钢板及C形、Z形截面的冷弯薄壁构件,为现行规范GB 50018—2002的修订提供依据。     

冷弯薄壁型钢轴压矩形空心管试验研究及承载力分析

对32根壁厚小于2 mm的冷弯薄壁型钢轴压矩形空心管构件进行试验研究,分析构件屈曲模式和极限承载力,采用GB50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》和ABAQUS有限元程序计算构件承载力并与试验结果进行分析比较。结果表明:冷弯薄壁型钢轴压矩形空心管构件由于板件宽厚比较大易发生局部屈曲,通过GB50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》可用于壁厚小于2 mm的冷弯薄壁型钢轴压矩形空心管构件的承载力计算,Abaqus有限元程序能较好地模拟冷弯薄壁型钢轴压矩形空心管构件的屈曲模式和分析其极限承载力。     

采用GB 50018—2002计算壁厚小于2 mm的受弯构件承载力的适用性分析

对各国已有的壁厚小于2 mm的冷弯薄壁型钢梁受弯性能试验中的86根槽形、40根Z形、6根帽形和6根工字形冷弯薄壁型钢梁的试验资料进行总结。采用中国《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB 50018—2002）第5.3节中受弯构件的相关规定计算各构件的极限弯矩,将计算结果与试验结果进行比较。结果表明:按中国规范GB 50018—2002规定计算壁厚小于2 mm的冷弯薄壁型钢受弯构件承载力是可行的,试验值均大于规范理论计算值,规范理论计算值偏于安全。     

开长圆孔轴压构件畸变屈曲承载力试验

对26根腹板开长圆孔和未开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件进行畸变屈曲承载力试验研究,分析构件的屈曲模式和极限承载力。利用现行国家规范GB50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、北美冷弯钢结构构件设计规范AISI S100-2012计算构件承载力及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,对腹板开长圆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局部、畸变和整体屈曲的相关作用;腹板开孔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修正方法可计算开长圆孔构件的畸变屈曲稳定承载力。     

中美规范关于卷边槽形受弯构件承载力比较分析

新近纳入北美规范NAS 2004的直接强度法对冷弯型钢构件的畸变屈曲要求单独验算,但《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018-2002)对此还无明确规定。在总结冷弯型钢构件畸变屈曲性能的基础上,对其承载力计算方法给予介绍,由简化模型计算得到的受弯构件的畸变屈曲弹性临界应力中,引入直接强度法计算“规范”(GB 50018-2002)附录中卷边槽形受弯构件的承载力。结果表明,附录中部分截面的受弯承载力由畸变屈曲控制。同时,NAS 2004与“规范”(GB 50018-2002)计算结果的比较表明,“规范”(GB 50018-2002)的计算规定虽安全,但太过保守。因此,提出将翼缘屈曲系数调高至3.0的建议。     

冷弯薄壁卷边槽钢檩条弯曲变形的抗弯刚度

在分析比较欧洲规范EN 1993-1-3和我国《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018—2002)的基础上,针对冷弯薄壁卷边槽钢檩条弯曲变形的抗弯刚度进行了较深入的探讨和对比分析。计算结果表明:按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018—2002)计算有效截面抗弯刚度相对保守,按毛截面计算抗弯刚度稍显不安全,按EN 1993-1-3计算相对合理。在满应力状况下,对于2mm厚C140~C250规格的冷弯薄壁卷边槽钢檩条,在正常使用极限状态下,抗弯刚度折减系数可取毛截面抗弯刚度的0.95倍(Q235钢)和0.9倍(Q345钢)。     

冷弯薄壁卷边槽钢檩条的有效截面分析

在分析比较Eurocode 3(EN 1993-1-3)和GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》的基础上,针对冷弯薄壁卷边槽钢檩条的有效截面进行探讨和对比分析。计算结果表明:GB 50018—2002计算有效截面模量相对保守,按Eurocode 3(EN 1993-1-3)计算相对合理。在满应力状况下,对于采用2 mm厚C180—C250规格的冷弯薄壁卷边槽钢檩条,有效截面模量的折减系数分别可取为0.9(Q235钢材)和0.8(Q345钢材)。     

冷弯薄壁型钢受弯构件局部屈曲性能研究

采用有限条程序CUFSM对截面形式为TS40和TS61的19根550MPa高强冷弯薄壁型钢帽形截面简支檩条受弯构件局部屈曲应力进行分析,计算结果与试验值吻合较好。利用有限条程序对帽形截面受弯构件的翼缘宽厚比、腹板翼缘宽度比、卷边翼缘宽度比、腹板翼缘夹角等参数进行计算分析,结果表明腹板翼缘宽度比是影响帽形截面简支檩条受压翼缘局部屈曲稳定系数的重要因素。利用考虑板组相关的我国现行规范GB50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》和英国冷成型薄壁构件设计标准(BS5950-5:1998)对帽形截面简支檩条受压翼缘局部屈曲稳定系数进行计算分析表明:我国规范在腹板翼缘宽度比小于1.5时偏于不安全,大于1.5时偏于保守,而英国规范相对比较安全。在参数分析的基础上,提出了考虑板组相关的帽形截面简支檩条受压翼缘弹性局部屈曲稳定系数计算公式,建议公式可供工程设计和修订规范参考。     

冷弯厚壁型钢轴压构件设计可靠度分析

在材性试验的基础上对冷弯厚壁型钢进行了轴压承载力试验及有限元分析。试验中发现：对于长细比较大、板件宽厚比较小的试件,破坏模式为整体失稳;对于长细比较小、板件宽厚比较大的方管柱,其破坏过程首先是柱中部产生很小的弯曲变形,随着荷载增大,整体弯曲变形也逐渐增大,并引起方管板件的局部屈曲。采用ANSYS软件进行有限元分析,其结果与试验结果接近,表明将残余应力引入有限元模型对冷弯厚壁型钢构件进行分析具有较高的精度。在此基础上,利用收集到的26组不同牌号、不同截面冷弯厚壁型钢的试验数据建立有限元模型,并引入已有的残余应力模型进行了大量的有限元分析,得到了多组冷弯厚壁型钢轴心受力构件的承载力。对冷弯厚壁型钢构件进行了设计可靠度分析,提出了Q235、Q345冷弯厚壁型钢的抗力分项系数和强度设计值的建议值,可为相关技术标准的修编提供依据。     

钢支撑抗震性能设计及机理探讨

从钢支撑设计承载力验算方法和钢支撑杆件长细比限值特征的角度,对中国、美国和欧洲现行框架一中心支撑结构设计规范进行了分析和比较。综合分析结果表明,我国现行规范的框架-中心支撑对支撑板件的宽厚比和长细比特征的限制较严格,并采用了支撑杆件的设计内力增大系数和强度降低系数来强化支撑抗震性能。有关研究结果表明有关普通中心支撑框架结构和特殊中心支撑框架结构在弹塑性阶段的抗震性能及其相关问题还有待于深入研究。     

火炬塔架钢管径厚比限值讨论

我国对钢结构局部稳定宽厚比限值做出规定的规范主要有:《钢结构设计规范》和《建筑抗震设计规范》,两种规范对局部稳定宽厚比分别做出限定,限值规定相差很大,但并没有对限值的采用做出明确解释。文章以石油化工钢管火炬塔架的径厚比为例,通过国内外规范及文献对钢管径厚比规定的对比分析,指出我国规范对钢结构局部稳定径厚比规定与国外的差距,规范对普通钢管结构的径厚比限值有待进一步研究。     

焊接薄壁箱形截面轴心压杆的承载力计算

在论证有效截面法和有效屈服强度法的相通性的基础上，建议对焊接薄壁箱形截面轴心压杆采用后一种方法计算其承载力。在用这种方法计算时，用传统的正则化宽厚比作为参数，以保证必要的可靠度。建议方法和已有试验资料做了比较。对中长压杆，试件实测承载力大多略高于计算值。     

具有双对称截面的双轴加载薄壁楔形梁柱的性能分析

纵向加劲肋可以有效提高方形或矩形薄壁钢管混凝土柱的整体性能。主要讨论轴压下加劲方形短柱的非线性分析与设计。运用有限元程序ABAQUS进行非线性分析。关于荷载-位移曲线和极限强度的试验与分析结果具有良好的一致性。运用这个模型同时也对柱的性能进行了研究,讨论板的宽厚比限值和加劲肋刚度需求,以及运用现有规范预测加劲复合柱承载能力的可行性。     

双轴对称薄壁锥形柱轴心受压的极限承载力

薄壁工字型锥形构件的性能由构件长细比和板单元宽厚比决定。本文对这种交互效应进行了理论研究。构建了一个具有几何非线性的非线性有限元模型进行计算。选取了大量具有不同宽厚比的翼缘和腹板,以及具有不同长细比的构件进行研究,归纳出较完整的极限强度-长细比曲线,和不同的破坏模式。根据设计目的得出一系列的曲线。最后,提出了锥形细长工字型构件(整个截面)的轴心极限承载力经验公式。这个方程简化了有效宽度的计算,提供更灵活的设计方法。     

单角钢压杆的肢件宽厚比限值和超限杆的承载力

在采用低碳素结构钢制作单角钢压杆时,肢件宽厚比限值不是需要关心的问题。现在高强度的Q420钢和Q460钢开始在输电塔架中应用,设计工作者不仅要关心宽厚比限值,还要了解超限杆的承载力应如何计算。单角钢压杆的受力情况分为轴压和偏压两类,它们对肢件宽厚比有不同的要求,但现有塔架设计的技术规定并未对此做出区分。根据理论分析和现有文献的试验结果,发现宽厚比限值对轴压单角钢和偏压单角钢有不同意义,分别是防止局部屈曲和防止整体失稳时抗扭性能过低。据此,分别提出两类杆件宽厚比限值和超限杆承载力的计算公式,计算了两批Q460单角钢压杆的承载力,与对应文献试验值符合较好。     

四肢拼合冷弯薄壁型钢截面立柱轴压性能试验研究及数值分析

对不同长细比的8根四肢拼合冷弯薄壁型钢截面立柱的轴压性能进行试验研究,在试验研究的基础上建立考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型,并通过对试验试件的数值模拟,验证有限元方法的正确性。采用数值方法分析长细比、连接螺钉间距、截面翼缘宽厚比对四肢拼合冷弯薄壁型钢截面立柱轴压性能的影响。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;四肢拼合冷弯薄壁型钢截面立柱的轴压性能具有"1×4≥4"的拼合效应;随着长细比的增大,四肢拼合立柱的最大承载力和刚度逐渐降低;当螺钉间距在150～450mm之间变化时,四肢拼合立柱的最大承载力和刚度变化不大;减小四肢拼合立柱截面的翼缘宽厚比,可以显著提高其最大承载力。     

论地震作用和钢框架板件宽厚比限值的对应关系(上)——我国规范与国际主流规范的地震作用比较

抗震钢框架梁柱截面的板件宽厚比,既是反映钢框架延性的关键指标,也是控制耗钢量的关键指标。框架梁柱截面的板件宽厚比选择,与地震作用下钢框架的受力状态紧密相关。对我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）与国际主流规范的设防标准进行比较,讨论我国抗震规范采用“小震”为基准的弹性设计方式,与国际主流规范以“中震”为基准,并按结构性能折减设计地震作用进行结构弹性设计方式之间的异同。进而,详细比较我国抗震规范与欧洲EC8、日本BCJ等国际主流抗震规范的地震作用计算和底部剪力。比较结果表明,我国抗震规范第一水准设防的地震作用FEk,与欧洲EC8规范性能因子q=4时及日本BCJ规范Ds=0.25时的设计地震作用水平比较接近。所分析内容,是合理借鉴国际主流规范,建立适合我国抗震规范体系的地震作用与框架梁柱截面板件宽厚比限值对应关系的基础。