Q460高强度钢材工形压弯构件抗震性能的试验研究

为研究高强度钢材工形压弯构件的抗震性能,对6个Q460钢材工形压弯试件进行低周往复荷载试验研究,分析板件宽厚比、轴压比等因素对试件的破坏形态、耗能能力和抗震性能的影响,给出截面Np-Mp理论曲线并与试验结果进行对比。结果表明,Q460高强度钢材工形压弯构件具有很好的耗能能力和抗震性能,可以应用于抗震钢框架;且当翼缘和腹板宽厚比超限时,承载力退化仍然较慢,极限层间位移角明显大于1/50,表现出良好的抗震性能和极限承载能力;采用极限分析方法求得的Np-Mp曲线计算Q460钢材工形压弯构件平面内稳定承载力是偏于安全的。建议Q460钢材工形截面压弯构件的翼缘宽厚比限值为9,腹板宽厚比限值为33;同时建议抗震规范中钢柱的板件宽厚比限值应与轴压比相联系。     

高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件的稳定承载力

采用ANSYS软件建立有限元模型分析了Q460钢焊接薄壁箱形截面双向弯曲压弯构件的极限承载力。分析中考虑几何缺陷和材料缺陷,以及几何非线性和材料非线性的影响。同时,研究了构件长细比和板件宽厚比对极限承载力的影响;探明构件达到极限承载力时真实的应力分布状态;提出了采用毛截面计算其承载力的简单计算公式;收集可获得的试验结果以验证提出的计算公式。研究表明,建立的有限元模型能够很好地模拟焊接箱形截面双向偏心压弯构件的局部-整体相关屈曲性能;在大部分情况下,无量纲极限承载力与构件长细比和板件宽厚比近似为线性关系;构件达到极限承载力时还处于弹性阶段;轴力和双向弯矩之间的相关曲线也近似为线性;引入屈服强度修正系数后,基于线性相关关系的计算公式能够很好地预测Q460钢薄壁双向压弯构件的极限承载力;该公式还可推广到普通钢构件和更高强度的钢构件。     

高强钢薄壁箱形截面压弯构件极限承载力研究

利用数值模拟方法分析了18Mn2Cr Mo BA高强钢薄壁箱形截面(由槽形钢板对焊而成)压弯构件的极限承载力,研究了长细比、翼缘宽厚比、截面边长比3个参数对薄壁箱形截面构件极限承载力的影响。在数值模拟计算和对轴心受力、受弯构件研究的基础上,提出了适用于18Mn2Cr Mo BA高强钢薄壁箱形截面压弯构件极限承载力的计算方法。研究结果表明:随着长细比的增大,弯矩-轴力相关曲线由上凸变为下凹,翼缘宽厚比、截面边长的增大都会降低构件极限承载力,各参数之间相互影响。提出的建议计算方法与有限元计算结果符合较好。     

考虑局部屈曲影响的H形钢构件在双向压弯作用下的滞回性能研究

由于地震作用是多维的,结构构件在地震作用下将会受到双向弯矩作用,而构件在一个主轴方向的屈服或屈曲会给构件在另一主轴方向的各项性能带来退化。针对H形截面钢构件,设计了一种由万向铰与三个跟动装置组成的三维加载系统,对11个不同宽厚比、轴压比和加载方向组配下的大宽厚比H形截面钢构件进行了双向压弯的滞回试验研究,考察了其破坏模态、滞回曲线及耗能能力等滞回性能。采用ABAQUS软件建立了有限元模型,采用试验结果进行了校核。最后基于试验和有限元分析结果,分析了扭转效应对试件的影响特性。研究结果表明,板件的局部屈曲和塑性变形的相关作用是影响试件滞回响应的重要因素,而影响效果主要取决于板材宽厚比、轴压比和加载方向的耦合作用;扭转效应对所设计的试件影响较小。     

压弯钢构件在循环荷载作用下的非线性弯扭屈曲

本文根据非线性有限元的基本理论,采用基于修正的拉格朗日法描述的八节点超参数壳体单元,考虑几何非线性和材料非线性,结合混合强化本构关系,编制了非线性有限元计算程序。对压弯钢构件在循环荷载作用下的弹塑性弯扭屈曲进行计算机模拟,系统分析了H形截面压弯钢构件的滞回特性,以及翼缘宽厚比、腹板高厚比、构件轴压比和长细比对压弯钢构件弯扭屈曲的影响规律。通过对计算结果的比较,提出了强烈地震条件下,H形截面压弯钢构件在循环荷载作用下保持整体稳定,满足延性要求,具有较高屈曲后强度的长细比和板件宽厚比限值。     

考虑局部屈曲影响的H形钢构件在双向压弯作用下的滞回性能研究

由于地震作用是多维的,结构构件在地震作用下将会受到双向弯矩作用,而构件在一个主轴方向的屈服或屈曲会给构件在另一主轴方向的各项性能带来退化。针对H形截面钢构件,设计了一种由万向铰与三个跟动装置组成的三维加载系统,对11个不同宽厚比、轴压比和加载方向组配下的大宽厚比H形截面钢构件进行了双向压弯的滞回试验研究,考察了其破坏模态、滞回曲线及耗能能力等滞回性能。采用ABAQUS软件建立了有限元模型,采用试验结果进行了校核。最后基于试验和有限元分析结果,分析了扭转效应对试件的影响特性。研究结果表明,板件的局部屈曲和塑性变形的相关作用是影响试件滞回响应的重要因素,而影响效果主要取决于板材宽厚比、轴压比和加载方向的耦合作用;扭转效应对所设计的试件影响较小。     

Q550GJC焊接H形钢柱截面宽厚比限值分析

为研究屈服强度为550 MPa及以上的钢构件的局部屈曲,考虑到构件局部屈曲与其截面的板件宽厚比有密切联系,借助ANSYS有限元分析软件,对Q550GJC高强度焊接H形钢柱截面板件在地震作用下的宽厚比限值进行分析。通过考虑构件的材料非线性、几何非线性、初始几何缺陷和焊接残余应力等影响,对钢柱进行压弯滞回计算,得到构件的骨架曲线,并从中计算出构件的延性系数。结果表明:得到的Q550GJC焊接H形钢柱截面板件在地震作用下的宽厚比限值符合GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的规定。     

高强钢焊接方形截面偏压构件整体和局部相关屈曲承载力分析

采用有限元软件ANSYS分析了Q460钢宽厚比超限的焊接方形截面偏压构件的极限承载力,研究了板件宽厚比、构件长细比和偏心距对构件极限承载力的影响。基于数值模拟结果,提出了适用于Q460钢宽厚比超限焊接方形截面偏压构件极限承载力的计算方法。研究结果表明,考虑几何缺陷及残余应力的有限元模型能准确地预测焊接箱形截面偏压柱局部-整体相关屈曲的极限承载力;宽厚比超限的高强钢压弯构件的Pu/Py与Mu/Mp相关曲线基本为直线,且随着板件宽厚比(或构件长细比)的增大,Pu/Py和Mu/Mp不断下降。提出的建议计算方法与有限元计算结果符合良好。     

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。     

循环荷载作用下偏心受压构件的滞回性能研究

利用双重非线性壳体有限元方法 ,对偏心受压钢构件在循环荷载作用下的滞回性能进行了计算机模拟 ,分析了H形截面偏心受压构件的滞回特性 ;得出了强烈地震作用下 ,构件翼缘宽厚比、腹板高厚比、轴压比和长细比等参数对H形截面偏心受压构件滞回性能的影响规律