铝合金工形截面短柱轴压局部稳定试验研究

为研究铝合金工形截面轴压构件的局部稳定性能,对15根工程中常用大截面铝合金6061-T6和6063-T5轴压短柱试件进行试验研究,并对12组48个材性试样进行拉伸试验。研究了材料的力学性能、试件的局部几何初始缺陷、变形性能、局部屈曲荷载、轴压承载力等,并将试验结果与各国规范中设计方法计算结果进行对比。试验结果表明：铝合金6061-T6强度与普通钢材相当,但延性较差;铝合金挤压型材的局部几何初始缺陷很小,远小于规范中给定数值;板件宽厚比越大,局部屈曲发生越早,破坏时材料的强度越得不到充分发挥,但是局部屈曲后材料强度仍有较大的提高;翼缘和腹板之间存在相互作用;中国规范、欧洲规范、美国规范和澳大利亚/新西兰规范均低估了试件的轴压承载力,其中美国规范计算结果与试验结果最接近。因此,对于板件宽厚比大的试件,应充分利用其屈曲后强度,各国规范得到的承载力计算结果均较保守。     

变截面箱形轴压柱稳定性能研究

为了全面掌握变截面箱形轴压柱的稳定性能以及各种参数对其稳定性能的影响,采用有限元软件AN-SYS对箱形变截面柱进行弹性整体屈曲分析,考虑其楔率和截面长宽比对其特征值屈曲性能的影响;在此基础上对其进行考虑双重非线性和残余应力的全过程极限承载力分析,并结合现行的钢结构规范提出箱形变截面柱的稳定承载力验算公式.     

变截面箱形轴压柱稳定性能研究

为了全面掌握变截面箱形轴压柱的稳定性能以及各种参数对其稳定性能的影响,采用有限元软件AN- SYS对箱形变截面柱进行弹性整体屈曲分析.考虑其楔率和截面长宽比对其特征值屈曲性能的影响;在此基础上对其进行考虑双重非线性和残余应力的全过程极限承载力分析.并结合现行的钢结构规范提出箱形变截面柱的稳定承载力验算公式。     

Q690钢焊接H形截面轴压柱整体稳定性能研究及设计方法

该文旨在研究Q690高强钢焊接H形轴压柱的整体稳定性能,并给出适合该类型构件的一阶弹性设计建议。为此,对Q690焊接H形试件进行残余应力试验研究和轴压试验研究,基于试验结果,给出残余应力分布模型;并分析该类型试件的失稳形态和整体稳定性能。同时,使用直接分析法建立数值模型,并对其进行验证。该数值模型采用PEP单元(Pointwise-Equilibrating-Polynomial Element)来模拟构件的几何初始缺陷,采用塑性纤维铰方法结合截面屈服面(该屈服面考虑了残余应力效应)来反映关键截面的屈服影响。最终,采用该直接分析法对Q690焊接H形轴压构件进行了参数分析。基于参数分析结果,给出该类型轴压试件的一阶弹性设计建议。     

铝合金E形截面轴压构件整体稳定系数研究

针对门窗和幕墙工程中常用的铝合金E形截面轴心受压构件,根据有限元法计算结果,拟合得到了构件整体稳定系数实用计算公式。用它得到的计算结果接近且略小于采用英、美相应规范的计算结果,能更好地满足计算精度和安全度的工程设计要求。     

大截面铝合金轴压构件整体稳定试验研究

随着大跨度铝合金结构的兴起,大截面铝合金构件的应用越来越广泛。为研究大截面铝合金轴心受压构件整体稳定性能,针对4个工字形6061-T6铝合金轴心受压构件和3个箱形6061-T6铝合金轴心受压构件进行了试验研究。试验中,以长细比为变量研究了构件的稳定承载力、破坏形态和荷载-位移曲线。并将试验结果与中国规范、欧洲规范和美国规范进行了对比。所有构件均发生典型的整体失稳破坏形态,中国规范与欧洲规范均对构件的承载力有明显低估,而美国规范较为准确地预测了试验结果。试验结果可为GB 50429—2007《铝合金结构设计规范》的修订提供建议。     

不锈钢焊接工字形截面短柱轴压局部稳定性能试验研究

对奥氏体型S30408和双相型S22253两种牌号的15个不锈钢焊接工字形截面短柱开展轴压局部稳定试验研究,考察截面组成板件的局部稳定性能和截面承载力,得出了试件截面的应力-应变关系曲线。研究结果表明：厚实截面的试件承载力高于其截面屈服荷载,试件截面应力-应变关系曲线表现出典型的非线性特性和应变硬化特征;而宽肢薄壁截面的组成板件发生过早的局部屈曲,使得试件承载力不能达到截面的屈服荷载,需要对截面强度进行折减。基于得出的试验结果和现有的其他试验数据,对现有设计方法,包括欧洲规范EN 1993-1-4和美国规范SEI/ASCE 8-02中的有效宽度法以及直接强度法计算得出的截面承载力进行评估,表明根据欧洲规范EN 1993-1-4和直接强度法计算得到的截面承载力偏于保守,而美国规范SEI/ASCE 8-02对宽厚比较大的截面承载力计算偏于不安全,而且计算离散性较大。     

奥氏体不锈钢焊接工字型截面轴压构件整体稳定性能试验研究

为了研究奥氏体不锈钢材料的轴心受压构件的整体稳定性能,对11根奥氏体型不锈钢焊接工字形截面试件进行了轴心受压试验研究,其中5根采用强轴失稳模式,6根采用弱轴失稳模式。根据试验前测量得到的试件的几何初弯曲和试验过程中量测得到的荷载初偏心,分析了该类型构件的失稳模态和整体稳定性能承载能力,并将试件的试验数据计算结果与现行欧洲不锈钢结构规范和中国钢结构规范进行了对比,表明欧洲不锈钢规范偏保守,而中国钢结构规范较不安全。     

用截面高斯积分法研究L形柱轴压比限值

基于平截面假设和大小偏压界限理论,采用截面高斯积分法,对L形柱当肢长厚比小于2.5时不同荷载角、不同肢长厚比情况下的轴压比限值进行数值分析,得出以下主要结论:不同荷载角作用时轴压比限值不同;肢长厚比越大,轴压比限值越小。设计L形柱时应满足最不利荷载角时的轴压比限值要求,且肢长厚比不宜过大。     

Q460高强钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定性能研究

为研究高强度钢材轴心受压钢柱的整体稳定性能,对5个国产Q460钢材焊接箱形截面柱进行了轴心受压试验研究。试验对试件的几何初弯曲、荷载初偏心以及截面的纵向残余应力分布均进行了测量。基于试验结果,分析了该类钢柱的失稳破坏形态和整体稳定承载力,建立了有限元分析模型并对试验结果进行模拟计算。研究结果表明：试件破坏模态均为整体弯曲失稳形态,大部分试件稳定承载力高于规范设计值;有限元分析模型能够准确地考虑几何初始缺陷和残余应力的影响,计算结果与试验结果吻合良好;通过与国内外钢结构设计规范的对比,提出了国产Q460高强钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定设计的建议方法,即可以统一采用我国或欧洲规范的b类曲线进行设计,而不需要按板件宽厚比大小进行分类。     

内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为提高异形截面钢管混凝土柱的轴压承载力,提出内置钢骨组合异形截面钢管混凝土柱。考虑套箍指标、配骨率等参数的影响,设计制作12个内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱及3个未配置钢骨的组合L形截面钢管混凝土短柱两类试件;通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向应变曲线和承载力,分析各参数对试件力学性能的影响,并对比两类组合柱轴压性能的差异。在试验研究基础上,参考国内外相关规范,提出内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算式。研究表明,内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压承载力高,增大套箍指标和配骨率可以明显提高试件承载力,所提出的承载力计算式可供工程设计参考。     

奥氏体型不锈钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定性能试验研究

为了研究奥氏体型不锈钢材轴心受压构件的整体稳定性能,对6根奥氏体型不锈钢焊接箱形截面柱进行了轴心受压试验研究,在试验前对试件的几何初弯曲进行了测量,在试验过程中对荷载初偏心进行了量测。基于试验结果,分析了该类型构件的失稳破坏形态和整体稳定承载力,并与欧洲钢结构规范和中国钢结构规范进行了对比。结果表明此次试验数据高于欧洲钢结构规范和中国钢结构规范的设计曲线,设计曲线较为保守。     

L形钢管混凝土轴压柱力学性能研究

在选择合适的钢管混凝土应力-应变关系模型的基础上,利用ABAQUS有限元软件对钢管混凝土的矩形轴压柱实验进行了数值计算,计算结果与实验结果吻合良好,基于此正确模型基础上,利用ABAQUS软件建立了L形钢管混凝土轴压柱的数值分析模型。对L形钢管混凝土柱的受力特性进行了分析,对比了是否考虑焊接内隔钢板对L形钢管混凝土柱的力学性能的影响。结果表明:L形方钢管混凝土轴压柱的极限承载力随着单肢截面高宽比β的增大而不断减小,焊接内隔钢板对L形钢管混凝土柱承载能力提高有一定贡献,L形钢管混凝土轴压柱在转角处有扭曲和应力集中现象。     

L形截面钢骨混凝土柱正截面承载力试验研究

为探索一种承载力高且便于施工的钢骨混凝土异形柱, 研究其破坏的一般规律和极限承载力,进行了3根以粗钢筋和型钢为钢骨的不等肢L形截面混凝土柱试件在双向偏心压力作用下的试验.试验得到试件中的钢骨及混凝土在不同荷载时的应变、裂缝开展情况以及极限承载力等相关数据.表明在双向偏心压力作用下,这种柱子破坏过程与普通钢筋混凝土构件相似,横截面平均应变符合平截面假定,极限承载力比相同截面普通钢筋混凝土异形柱有显著提高;粗钢筋作为钢骨可以有效利用钢筋与混凝土的粘结力,不必在钢骨间设置钢腹杆.粗钢筋作为钢骨便于施工.     

7A04铝合金高周疲劳性能研究

为研究建筑用7A04超高强铝合金的高周疲劳性能,通过标准单调拉伸试验得到其基本力学性能,并开展了29个试件的高周疲劳性能试验研究。结合试验结果,对7A04铝合金在应力比为0.1下的疲劳S-N曲线进行拟合,对其疲劳断口形貌展开观察,并对基于连续损伤力学的高周疲劳损伤演化模型参数进行标定。结果表明：7A04铝合金高周疲劳断口包括疲劳源区、裂纹扩展区、瞬断区三个典型区域;建立了置信度50%和95%的S-N拟合曲线可较好地描述7A04铝合金疲劳性能;拟合得到了其置信度95%、失效概率5%下的下极限曲线。其疲劳强度高于6061、6005两种典型建筑用铝合金而低于同强度钢材Q460,符合规范中对7XXX系铝合金疲劳性能的要求。     

国产Q460高强钢焊接工形柱整体稳定性能研究

为研究国产Q460高强度钢材轴压构件的整体稳定性能,对7个焊接工字形截面钢柱试件进行试验研究。试验实测了构件的几何初始缺陷和截面残余应力,并分析其失稳变形特征和整体稳定承载力。利用试验结果和实测的初始缺陷数据,验证了所建立的有限元数值模型的可靠性和准确性;此外,通过大量参数分析计算了不同截面尺寸和长度的国产Q460高强钢焊接工字形截面轴压杆绕截面强轴和弱轴失稳的整体稳定承载力,并与国内外的钢结构设计规范柱子曲线进行比较。结果表明,该类轴压杆的整体稳定系数要明显高于相应的设计曲线,即相比具有相同正则化长细比的普通强度钢材轴压杆其整体稳定系数要有明显提高;给出了建议的柱子曲线类型,并在数值分析的基础上拟合新的柱子曲线,以为工程应用和规范修订提供参考。     

L形钢管混凝土轴压短柱力学性能研究

本文进行了四根有加劲和二根无加劲的L形钢管混凝土短柱轴压试验。对试件破坏过程及结果进行了较为详细的描述,在此基础上,考察了不同宽厚比和内部有无加劲肋对试件承载力和延性的影响。结果表明：L形钢管混凝土柱延续了钢管混凝土的特性,有良好的受力性能;当钢管宽厚比不大于60（即短肢柱）时,加劲肋虽然对L形钢管混凝土的承载力没有明显的贡献,但是可以有效地提高其延性;而当钢管宽厚比大于60（即长肢柱）时,加劲肋对L形钢管混凝土柱的承载力及延性均无明显影响。最后,在选择合理的钢材和核心混凝土本构关系基础上,采用大型通用有限元分析程序ABAOUS建立了轴压荷载下L钢管混凝土柱的三维非线性有限元分析模型,分析了构件的荷载一变形关系,计算表明,计算曲线与试验曲线吻合良好。     

冷弯薄壁G形截面柱轴压承载力研究

冷弯薄壁型钢柱可以做成多种截面形式,其中最常用、研究最多的是U形截面(又称槽形截面)和C形截面。然而,冷弯薄壁型钢柱在拥有自重轻、施工周期短等优点的同时,也容易发生屈曲破坏,不利于结构受力。以往的研究表明:带有复杂卷边的冷弯薄壁槽钢柱(又称G形截面柱)具有较高的极限承载力以及畸变屈曲临界应力。采用试验及有限元分析方法,对两端铰接G形截面柱的轴压受力性能进行研究。为了解不同截面尺寸以及构件长度对G形钢柱破坏模式和极限承载力的影响,对18根名义厚度为2.0 mm的冷弯薄壁G形截面柱进行了轴压试验,分析了构件的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线以及极限承载力。构件共有三种截面尺寸(名义腹板高度分别为150,200,300 mm),构件长细比的变化范围为15～70。试验前对构件的实际尺寸、材料属性和初始几何缺陷进行了测量。试验中观察到:名义腹板高度为150 mm的构件发生畸变屈曲破坏;对于名义腹板高度为200 mm和300 mm的构件,当构件长度小于或等于1 000 mm时,发生局部屈曲破坏,其余长度的构件发生局部与整体相关屈曲破坏,局部屈曲的半波长度与柱子腹板高度大致相等。然后在有限元分析软件ABAQUS中建立有限元模型对构件进行模拟,并基于试验结果验证了模型的准确性。随后利用验证后的有限元模型分析截面翼缘宽厚比、腹板高厚比和复杂卷边尺寸对冷弯薄壁G形截面柱极限承载力的影响。结果表明,G形截面柱极限承载力随着翼缘宽厚比以及复杂卷边尺寸的增加而增加,随着腹板高厚比的增加而降低。     

7A04-T6铝合金圆管柱抗震性能研究

为研究7A04-T6铝合金圆管柱的抗震性能,对4个试件进行低周反复荷载试验,考察轴压比对7A04-T6铝合金圆管柱的抗震性能的影响。建立相应的有限元模型,进行参数化分析,提出7A04-T6铝合金圆管柱骨架曲线的理论模型。研究结果表明轴压比是影响试件水平承载力和抗震性能的重要因素,轴压比越大试件水平承载力越低,抗震性能越差;长细比是影响试件水平承载力和抗震性能的重要因素,长细比越大模型弹性阶段的刚度越小,水平位移越大,水平极限承载力越低,屈服后的下降阶段强度刚度退化速度越快,延性和耗能能力越差。骨架曲线的理论模型能很好地拟合试验结果。