焊接T形截面轴心压杆的弯扭屈曲

《钢结构设计规范》(GB50017-2003)提出采用换算长细比法对单轴对称截面绕对称轴失稳按弯扭屈曲计算,该方法是否合理,各文献看法不一。借助有限元分析软件对焊接T形截面压杆的弯扭屈曲进行了几何非线性与物理非线性分析,考虑残余应力和几何缺陷的影响,并与“规范”(GB50017-2003)计算结果相比较。结果表明:规范值和文中计算结果吻合较好,规范是合理的、安全的、经济的。     

剖分T型钢压杆弯扭屈曲稳定系数φ_b取值探讨

《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)中梁的整体稳定系数φb计算公式比较复杂,在计算压弯构件弯扭失稳承载力时,提供了相应的简化计算公式。修订的新规范对梁的整体稳定计算做出了较大调整,但计算公式仍较为复杂。而且修订的新规范仅对工字形和H形截面构件提供了简化公式,未对T型截面构件做出说明。通过对均匀弯曲的剖分T型截面受弯构件整体稳定系数计算公式推演,结合相关文献中各种φb计算公式的分析对比,提出合理的剖分T型钢压杆弯扭屈曲稳定系数简化公式。利用简化公式计算多根剖分T型钢压杆的整体稳定承载力,并对比有限元软件ANSYS分析结果,验证简化公式的正确性。     

轴心受压杆件的弯扭屈曲

全面梳理了轴压杆弯扭屈曲的理论分析过程和工程应用方法。只有一个对称轴或无对称轴的截面,可能出现弯扭屈曲;当为双轴对称截面时,可能发生扭转屈曲;这时临界荷载可能小于通常的弯曲屈曲的欧拉临界荷载。根据弹性弯扭屈曲理论,GB 50017—2017《钢结构设计标准》给出了扭转屈曲和弯扭屈曲的设计公式。     

剖分T型钢材的研究现状

着重介绍了剖分T型钢这种新型材料的研究现状，并对比关于T型钢腹板宽厚比限值的三种不同的理论观点，对三种观点进行了分析，使单轴对称截面压杆设计中比较复杂的弯扭屈曲问题得到有效的处理，从而使设计工作得以简化。     

剖分T型钢压杆腹板局部屈曲及高厚比限值

《钢结构设计规范》(GB5 0 0 1 7— 2 0 0 3 )放宽了热轧剖分T型钢压杆腹板高厚比限值 ,促进了剖分T型钢的推广使用。对剖分T型钢压杆腹板局部屈曲进行了理论分析、试验研究及非线性有限元计算。在试验及分析结果的基础上 ,提出了腹板高厚比限值简化计算公式并对规范公式进行了验证。     

基于轴压构件稳定系数的简支钢梁弯扭屈曲极限弯矩计算方法

为了解决现行设计标准中钢梁弯扭屈曲极限弯矩计算方法在适用范围和计算精度上存在的问题,提出了基于理想轴压构件整体屈曲临界荷载的理想钢梁弹性弯扭屈曲临界弯矩计算式,并进一步提出了基于轴压构件稳定系数的简支钢梁弯扭屈曲极限弯矩计算方法。采用124个热轧H型钢梁试件、80个焊接梁试件、2个薄腹梁试件共计206个钢梁试件弯扭屈曲极限弯矩的试验结果,检验了方法的适用范围及计算精度,并与GB 50017—2017《钢结构设计标准》中的方法进行了对比。研究表明：对于206个钢梁试件,基于轴压构件稳定系数的计算方法较GB 50017—2017方法的适用范围更广,且与已有文献的计算精度相当;对于7个单轴对称工字形截面焊接高强钢梁试件,基于轴压构件稳定系数的计算方法略偏安全且精度高,而GB 50017—2017中的方法偏不安全;对于44个荷载工况不包含在GB 50017—2017中的钢梁试件,建议方法所得极限弯矩计算值与实测值之比的均值、标准差分别为0.908、0.125,精度较高且偏于安全。     

Q460高强钢焊接工字形截面简支梁整体稳定性能与设计方法研究

为研究Q460高强钢焊接工字形截面简支梁的整体稳定性能,对跨中无侧向支撑的3个双轴对称和6个单轴对称焊接工字形截面简支梁进行了整体弯扭屈曲试验。实测了试件的截面残余应力和初始几何缺陷,并分析其整体弯扭屈曲变形特征和稳定承载力。建立考虑残余应力和初始几何缺陷的有限元模型对简支梁受力进行了模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,基于试验验证的有限元模型计算了大量不同截面尺寸和跨度的Q460高强钢焊接工字形截面简支梁的整体稳定承载力。将试验和有限元参数分析结果与GB 50017—2017《钢结构设计标准》、JGJ/T 483—2020《高强钢结构设计标准》、欧洲规范EN 1993-2005和美国规范ANSI/AISC 360-2016的简支梁整体稳定系数公式的计算结果进行比较,结果表明GB 50017—2017和ANSI/AISC 360-2016的计算结果偏于不安全,EN 1993-2005的计算结果过于保守,JGJ/T 483—2020的计算结果偏于安全且最为接近。最后,在JGJ/T 483—2020的简支梁整体稳定系数计算公式基础上引入增大系数,并根据截面高宽比的不同,取用不同的长细比指数对该公式予以修正,修正后的公式更适用于Q460高强钢焊接工字形截面简支梁的设计计算。     

圆管截面两铰圆弧纯压拱的平面外稳定性及设计方法

拱的平面外稳定极限承载力设计一直没有成熟的设计方法及规范指导。通过分析两铰圆管截面圆弧钢拱的平面外弹性屈曲性能,指出Timoshenko未考虑翘曲的经典解与有限元分析结果吻合很好。在弹塑性平面外稳定性分析的基础上,借鉴单轴对称截面轴心受压构件的弯扭屈曲设计方法,提出以面外屈曲荷载对应的正则化长细比为参数进行面外稳定性设计的方法。借鉴我国GB 50017—2003《钢结构设计规范》中柱子曲线的表达式,建立纯压两铰圆管截面圆弧拱稳定承载力的实用计算公式及设计曲线。     

热轧角钢轴压构件的稳定承载能力分析

等边角钢截面为单轴对称截面,除绕非对称轴失稳为弯曲失稳外,绕其他任意轴均为弯扭失稳。不等边角钢截面为无对称轴截面,绕任意轴失稳均为弯扭失稳。始网结构设计规范》（GB50017-2003）采用换算长细比的方法将弯扭失稳等效为弯曲失稳,这种计算方法是否完善有待验证。现采用有限元软件ANSYS,研究单角钢轴心受压构件的弯扭失稳,通过与规范进行对比分析,认为规范方法不够合理,并提出简单实用的稳定系数计算公式。     

剖分T型钢轴压杆件相关屈曲原理及其应用

通过对剖分T型钢轴压杆件屈曲原理的理论分析 ,考虑到剖分T型钢翼缘板较强 ,对腹板有一定的约束作用 ,指出了《钢结构设计规范》(GB 5 0 0 17)中对其腹板宽厚比限值过于保守。根据剖分T型钢组成板件的局部屈曲和轴压构件整体屈曲临界力相等的等稳定条件 ,在对“规范”中的剖分T型钢截面计算结果的基础上 ,提出了腹板宽厚比限值的合理公式 ,供修订钢结构设计规范时参考 ,也为保证剖分T型钢用作轴心压杆的安全性提供了理论基础 ,促进了国产剖分T型钢的应用。     

输电铁塔设计中角钢构件稳定计算问题的讨论

现行输电铁塔结构设计依据的规程、规定引用的是《钢结构设计规范》(GBJ17-1988)的条文,《钢结构设计规范》(GB50017-2003)增加了关于轴压构件扭转失稳和弯扭失稳方面的规定,本文基于新钢规对输电铁塔设计中双角钢十字形、T形截面以及单角钢轴压构件的整体稳定计算做了试算和探讨,得出对于输电铁塔设计中主材选用双角钢十字截面构件扭转失稳将起控制作用、对于单角钢构件绕平行轴的弯扭失稳起控制作用的结论。通过对220kv和500kv双回路直线塔的工程实例计算,按新钢规规定,塔重将增加6％～10％。因此,在输电铁塔结构设计中,关于角钢整体稳定按新钢规条文的具体应用还需进一步探讨。     

单角钢压杆的屈曲及稳定计算

在钢结构工程中经常采用等边或不等边单角钢作为轴心受压构件,现行钢结构设计规范(GB50017—2002)提供了等边单角钢压杆的截面类别及稳定计算方法,但对不等边单角钢压杆的规定相对粗糙。本文根据弹性稳定理论和角钢截面特征规律,推导了等边及不等边单角钢轴心受压构件的屈曲条件和长细比简化计算方法,并给出了稳定设计方法。扭转屈曲换算长细比仅与角钢肢宽与肢厚的比值有关,这使得弯扭屈曲换算长细比的计算也进一步简化。经过验证,该方法简单实用,可供工程设计参考。     

同时设纵横向加劲肋的梁腹板在复合应力作用下的屈曲分析

《钢结构设计规范》(GB50017-2003)对组合钢梁腹板的局部稳定作了较大改动,通过建立有限元模型并考虑多种几何参数及应力组合,对腹板的局部稳定进行了深入的研究,对新规范中梁腹板区格在复合应力作用下的局部屈曲相关公式进行了验证,重点分析了此相关公式的安全度。     

深圳北站组合梁抗弯承载力及稳定性分析

组合梁抗弯承载力和稳定性分析对组合梁的结构设计很关键,但组合钢梁上翼缘受混凝土楼板约束,其稳定性分析应与我国现行规范规定的自由梁弯扭失稳不同,我国《钢结构设计规范》GB50017—2003采用限制绕弱轴的长细比的方法,未能考虑楼板作用,不适用于组合钢梁稳定性分析。此外,在连续组合梁的负弯矩区,局部稳定性问题也要考虑。结合深圳北站站房楼盖组合梁的工程实例,采用GB50017—2003和欧洲规范EC4,对组合梁抗弯承载力和稳定性进行计算分析,同时,利用通用有限元程序SAP2000对组合钢梁进行弹性屈曲分析,进一步确保了结构的安全。     

各国规范轴心受压构件相关稳定设计方法对比分析

钢结构轴心受压构件在板件宽厚比超过一定范围时会发生整体局部相关失稳。介绍美国、欧洲、中国和英国4种钢结构设计规范中关于轴心受压构件相关稳定的设计方法,并以焊接工字型截面轴心受压构件为例对各种规范的设计方法进行对比分析。美国钢结构设计规范通过引入屈曲折减系数Q对强度进行折减的方法考虑板件局部屈曲的影响,欧洲和英国钢结构设计规范均采用有效截面面积考虑板件的局部屈曲,并对构件长细比进行一定程度的折减。我国钢结构设计规范对于轴心受压构件相关稳定的设计方法仍需进一步研究和完善。     

钢构件整体稳定直接分析法研究现状及展望

钢构件整体稳定设计的基础理论不仅是结构设计的依据,也是钢结构直接分析法发展和完善的重要基础。以轴压构件、受弯构件和压弯构件为研究对象,对中国、美国、欧洲现行钢结构设计标准GB 50017—2017、ANSI/AISC 360-16、EN 1993-1-1: 2005中钢构件整体稳定(弯曲失稳、扭转失稳、弯扭失稳)设计的基础理论进行了归纳与总结。基于初弯曲轴压构件弯曲失稳设计的基础理论,揭示了初始几何缺陷对钢构件整体稳定的分析过程和分析结果的影响。从完整的步骤、完备的表达式两方面归纳了钢构件整体稳定的构件直接分析法的应用情况。并就轴压构件、受弯构件以及压弯构件整体稳定的构件直接分析法的研究现状进行了分析,指出了存在的问题,并对后续研究进行了展望。     

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.     

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。