几种卷边槽钢竖向承载力计算方法比较分析

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,但我国《冷弯薄壁型钢结构设计规范》（GB 50018-2002）对此还无明确规定。文章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。通过和我国《规范》（GB 50018-2002）的计算结果对比,验证了直接强度法（DSM）在判断卷边槽钢的屈曲模式,计算截面承载力的可行性,结果表明我国《规范》对于中等长度的柱计算偏于安全。因此,建议将中等长度的柱承载力适当提高7%。     

腹板加劲冷弯薄壁拼合H形钢压弯构件畸变性能试验研究

为研究偏心荷载作用下拼合构件的畸变屈曲性能,并评估现行中美规范计算方法适用性,对22个腹板V形加劲及开孔的冷弯薄壁拼合H形钢柱进行受压性能试验,得到了不同柱长、不同开孔位置及个数、不同偏心距以及绕强轴和弱轴弯曲方向的拼合构件的破坏模式和承载力。试验结果表明：所有腹板V形加劲及开孔的冷弯薄壁拼合H形钢柱均发生了畸变屈曲或以畸变为主的相关屈曲,畸变半波的分布受孔洞和加劲的影响;绕强轴和绕弱轴偏心方向及偏心距大小对承载力有显著影响。基于现行中美规范计算方法对腹板V形加劲及开孔的冷弯薄壁拼合H形钢柱承载力进行研究,结果表明：计算绕强轴压弯承载力时,按GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、JGJ/T 421—2018《冷弯薄壁型钢多层住宅技术标准》以及美国NAS100-16的承载力公式计算结果均偏于安全;计算绕弱轴压弯承载力时,试验结果与按GB 50018—2002和美国NAS100-16的承载力公式计算结果的比值平均值为1.16、1.15,偏于安全且较为合理,与按JGJ/T 421—2018的计算结果的比值平均值为1.66,较为保守,建议拼合构件的双肢可靠连接时,按拼合整体截...     

Experimental investigation on distortional performance of cold-formed steel built-up channel columns with web stiffeners under eccentric compression

为研究偏心荷载作用下拼合构件的畸变屈曲性能，并评估现行中美规范计算方法适用性，对22个腹板V形加劲及开孔的冷弯薄壁拼合H形钢柱进行受压性能试验，得到了不同柱长、不同开孔位置及个数、不同偏心距以及绕强轴和弱轴弯曲方向的拼合构件的破坏模式和承载力。试验结果表明：所有腹板V形加劲及开孔的冷弯薄壁拼合H形钢柱均发生了畸变屈曲或以畸变为主的相关屈曲，畸变半波的分布受孔洞和加劲的影响；绕强轴和绕弱轴偏心方向及偏心距大小对承载力有显著影响。基于现行中美规范计算方法对腹板V形加劲及开孔的冷弯薄壁拼合H形钢柱承载力进行研究，结果表明：计算绕强轴压弯承载力时，按GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、JGJ/T 421—2018《冷弯薄壁型钢多层住宅技术标准》以及美国NAS100-16的承载力公式计算结果均偏于安全；计算绕弱轴压弯承载力时，试验结果与按GB 50018—2002和美国NAS100-16的承载力公式计算结果的比值平均值为1.16、1.15，偏于安全且较为合理，与按JGJ/T 421—2018的计算结果的比值平均值为1.66，较为保守，建议拼合构件的双肢可靠连接时，按拼合整体截面计算绕弱轴稳定承载力。     

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。     

双肢“弓”形高强冷弯薄壁型钢拼合柱受压性能研究

采用有限元软件Abaqus对双肢"弓"形高强冷弯薄壁型钢拼合柱的受压性能进行了研究,分析了试件破坏模式以及长细比、自攻螺钉间距、腹板等效高厚比、偏心方向和偏心距对试件最大承载力的影响。结果表明:轴向受压试件和绕弱轴偏心受压试件,发生绕弱轴整体弯曲屈曲破坏;绕强轴偏心受压试件为局部屈曲或弯扭屈曲破坏;试件最大承载力和刚度随长细比、偏心距和腹板有效高厚比的增加而减小;当螺钉间距在100～300mm之间变化时,试件的最大承载力变化幅度在5.88%以内。依据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018—2002),计算得到最大承载力P_G并与有限元值P_A进行对比,结果表明:规范计算结果均较保守。对于轴压试件,P_G与P_A的差距随长细比的增大而减少。对于偏压试件,在相同长细比和偏心距的情况下,绕强轴偏压试件的P_G与P_A的差距比绕弱轴偏压试件更大。     

高强冷弯薄壁型钢轴压短柱受力性能试验研究

为了验证壁厚小于1 mm的G550级高强钢材对中国〈冷弯薄壁型钢结构技术规范〉（GB50018-2002）相关设计规定的适应性,进行了30根冷弯薄壁型钢方管截面轴压短柱的试验研究,试件的壁厚均为0.6 mm、宽厚比为20～150.试验结果表明：当宽厚比较小时（b/t≤40）,试件的初始缺陷和高强钢材本身特性对构件承载力的影响较大,试件材料的强度得不到充分发挥;当宽厚比较大时（b/t＞40）,高强钢材局部屈曲和有效截面是影响构件承载力的主要因素.通过对试验结果和各国规范计算结果的对比分析,给出了高强冷弯薄壁型钢构件按中国规范GB 50018-2002计算有效宽度的建议.     

冷弯薄壁型钢四肢组合轴压构件承载力试验研究

对12根冷弯薄壁型钢四肢组合箱形截面柱进行了轴压试验,研究该类试件的极限受压承载力和破坏形态。试件共有3种截面类型,均由2个C形构件和2个U形构件通过自攻自钻螺钉组合而成,试件长度均为3.0m。试验结果表明:该类试件均发生局部屈曲破坏,破坏具有突然性;试件屈曲破坏前表面有明显的波纹变形,试件整体协同工作性能较好,没有发生钉子剥落、被剪断情况。在此基础上对试件进行有限元分析,数值分析结果与试验结果吻合较好,同时依据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018—2002)计算组合构件中的各单根构件受压承载力,并将结果叠加,发现试验结果约为该叠加值的2~5倍。     

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面偏压构件试验研究及承载力分析

进行了48根屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面偏心受压构件试验,考虑了不同截面形式、厚度、长细比和荷载偏心方式的影响,研究了这类偏心受压构件的破坏模式、承载力影响因素以及构件承载力计算方法。结果表明：高强冷弯薄壁型钢偏压构件由于材料强度高,截面宽厚比较大,局部屈曲和畸变屈曲的影响较大,我国规范仅考虑了局部屈曲的影响而没有全面考虑畸变屈曲的影响,这使得部分发生畸变屈曲的试件计算结果偏于不安全,但又对不发生畸变屈曲的长细比较大的构件偏于保守。最后,在试验和现有规范方法比较分析的基础上,提出了一种适用于高强冷弯薄壁型钢偏压构件极限承载力的建议计算方法。该建议方法计算所得结果与试验结果吻合较好,且安全可靠,可供设计参考。     

卷边槽钢纯弯构件畸变屈曲板组约束系数的直接强度法分析

现行国家规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)提出适用于各种型钢构件板组的约束系数统一计算公式。针对冷弯薄壁卷边槽钢纯弯构件畸变屈曲运用直接强度法计算受压翼缘板组约束系数,并与GB 50018-2002计算结果比较,得到一些有价值的结论,供设计研究参考。     

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。     

卷边槽钢纯弯构件畸变屈曲板组约束系数的直接强度法分析

现行国家规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)提出适用于各种型钢构件板组的约束系数统一计算公式。本文针对冷弯薄壁卷边槽钢纯弯构件畸变屈曲运用直接强度法计算受压翼缘板组约束系数,并与GB50018-2002计算结果比较,得到一些有价值的结论,供设计研究参考。     

G450级冷弯薄壁型钢轴压柱承载力的计算方法探讨

对冷弯薄壁型钢构件承载力的几种计算方法进行了综述,引用了国外的一组试验数据,分别用美国规范(AISI 1996),中国规范(GB 50018-2002),北美规范NAS 2004附录中的直接强度法(DSM)进行了稳定承载力计算。结果表明:直接强度法可以有效地预测G450级冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱的稳定承载力,美国规范的计算结果偏于不安全,GB50018-2002对G450级冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱进行稳定承载力计算的结果与试验结果相比也偏于不安全,必须进行修正。考虑构件截面板组相关性的影响,修正后的计算结果与试验结果吻合良好且偏于安全,可供修订规范和设计时参考。     

冷弯薄壁C型钢轴压短柱承载力计算方法的改进

用我国规范有效宽度法求得的冷弯薄壁型钢短柱构件极限承载力高于试验结果,倾向于不安全。所以,通过分析提出,按照《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002中的有效宽度法计算组合截面冷弯薄壁型钢受压构件承载力时,可以对计算结果乘以一个修正系数以示其原结果的不安全程度。由于有效宽度法在计算试件极限承载力时存在不安全性,因此本文引入另一种适用于冷弯薄壁型钢构件的计算方法,即直接强度法(Direct Strength Method,DSM)。将直接强度法和有效宽度法计算求得的短柱极限承载力与试验结果进行对比,结果表明,直接强度法的计算结果与试验值更为吻合,为使其结果更加经济、安全,本文提出适用于计算组合截面冷弯薄壁型钢受压构件承载力的直接强度法建议公式。     

高强冷弯薄壁型钢轴压长柱受力性能试验研究

进行了15组G550级高强冷弯薄壁型钢方管截面轴压长柱的试验研究，考察了其受力特性及破坏特征，试件的壁厚均为0．6mm，截面板件宽厚比分为42、58、75三类，长细比分为40、60、80、100、120五类。试验研究结果表明：直接利用中国现行规范GB50018—2002对G550级高强冷弯薄壁型钢轴压构件进行稳定承载力计算的结果与试验结果相差较大，偏于不安全，必须进行修正。通过对试验结果的比较分析，给出了考虑构件截面板组相关性影响时，采用规范GB50018—2002计算G550级高强冷弯薄壁型钢轴压构件稳定承载力的建议，建议方法所得结果与试验结果吻合良好，且偏于安全，可供修订规范和设计时参考。     

不锈钢焊接箱形截面柱轴心受压相关稳定试验研究

不锈钢的非线性材料特性使其构件承载性能不同于普通钢结构构件,需要开展专门的研究。通过焊接加工8个不锈钢箱形截面柱,包括奥氏体型S30408和双相型S22253两种牌号,在试件两端铰接的约束条件下开展轴心承压加载试验。试验中对板材力学性能、试件的局部与整体几何初始缺陷、纵向焊接残余应力分布和加载初偏心进行了测量。加载试验得出了板件的局部屈曲承载力与构件的相关稳定承载力,展示了从组成板件局部屈曲到构件整体弯曲屈曲的渐变失效形态。将试验结果与欧洲不锈钢规范EN 1993-1-4、直接强度法和中国冷弯薄壁型钢结构技术规范GB 50018的计算公式进行比较表明,由于欧洲规范和直接强度法没有考虑不同牌号不锈钢材料力学性能的差异,对双相型S22253构件的承载力计算偏于保守,而奥氏体型S30408构件的计算承载力偏于不安全;而中国规范GB 50018没有考虑焊接残余应力、几何缺陷和材料非线性的不利影响,高估了构件的相关稳定承载力。所得到的试验结果将为后续的数值分析与理论研究提供数据支撑。     

边缘加劲板件有效宽厚比设计方法中的板组效应研究

本文根据能量原理,建立了边缘加劲板件的弹性屈曲理论和卷边槽形截面薄壁构件的板组相关屈曲理论。通过屈曲理论分析,得到了非均匀受压边缘加劲板件的屈曲系数及其反映板组效应的约束系数,并将其引入新修订的《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018)的有效宽厚比设计方法中。本文介绍了50根冷弯薄壁型钢受压构件试验,并按修订后的规范方法进行了试件承载力计算,计算值与试验值比较,偏于安全。将考虑板组效应的有效宽厚比设计方法与国内外现行规范设计方法相比较,具有优越性。     

北美规范与中国规范关于冷弯薄壁型钢C形截面受弯构件设计的比较(英文)

对比了北美规范CSA S136-07和中国规范GB 50018—2002关于冷弯薄壁型钢C形截面受弯构件的名义抗弯强度。首先介绍了2本规范计算名义抗弯强度的方法,然后分析了控制构件名义抗弯强度的2个主要参数,即弯扭屈曲应力和有效截面模量,并对2本规范进行了深入对比,最后对典型的6m跨长的C形托梁构件进行了名义抗弯强度比较。研究结果表明:依据GB 50018—2002计算的弯扭屈曲应力不小于依据CSA S136-07规范计算的结果,而根据GB 50018—2002计算的翼缘有效宽度则远远小于根据CSA S136-07规范计算的结果;2本规范名义抗弯强度的不同主要由C形截面翼缘尺寸和构件所受荷载类型控制;当翼缘尺寸较小,名义抗弯强度主要由弯扭屈曲而非局部屈曲控制时,如果构件用于均布荷载,则GB 50018—2002的计算结果大于CSA S136-07规范的结果,但是当构件用于抵抗均布弯矩时,则没有区别;当翼缘尺寸较大,名义抗弯强度主要由局部屈曲而非弯扭屈曲控制时,在2种工况下GB 50018—2002的计算结果均小于CSA S136-07规范的计算结果。     

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。     

冷弯薄壁型钢拼合箱形截面立柱轴压性能试验研究

对17根冷弯薄壁型钢拼合箱形截面立柱的轴压性能进行试验研究,截面分为A、B两类,得到了各试件荷载-位移曲线和破坏特征,并将试验结果与《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018-2002)“有效宽厚比法”和美国相关规范中“直接强度法”、“有效截面法”计算结果进行对比分析.结果表明:LC和MC系列立柱的破坏模式为整体弯曲屈曲,SC系列立柱则为局部屈曲和端部承压破坏;B类试件的最大承载力大于A类截面试件的最大承载力的2倍,即有“1+1＞2”的拼合效应;对于A类截面LC系列立柱,GB 50018和AISI规范公式计算结果过于保守,而对于MC和SC系列试件,公式计算结果与试验结果比较吻合;对于B类截面LC和MC系列试件,公式计算结果偏于不安全,而SC系列试件,公式计算最大承载力偏于安全.     

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。