轴心受压焊接H形钢短柱高温下局部稳定性能试验研究

为了研究Q235和Q460轴心受压焊接H形钢短柱高温下的局部稳定性能,采用恒温加载方式分别对6个Q235和6个Q460轴心受压焊接H形钢短柱试件进行常温和高温下的局部稳定性能试验,得到了常温和450、650℃下试件的翼缘和腹板局部稳定破坏形态,根据极限应变法和曲线拐点法确定试件在常温和高温下的临界荷载。采用我国现行《钢结构设计规范》和已有文献中关于局部稳定的计算方法计算试件的局部稳定临界应力,并和试验结果进行对比。研究表明：试件在高温下和常温下的破坏形态基本相同;与常温下局部屈曲承载力相比,高温下Q460高强钢试件的局部屈曲承载力较Q235普通钢试件下降幅度大;采用规范公式计算高温下焊接H形钢短柱翼缘和腹板的局部稳定临界应力与试验结果差别较大。     

高强Q690钢柱高温下轴心受压局部稳定设计方法（英文）

局部屈曲是钢结构构件的一种破坏模式,钢结构发生局部屈曲破坏时,屈曲应力小于钢材的屈服强度。为了研究高温下高强Q690钢柱的局部稳定性能,采用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,模型采用其他学者完成的Q460钢柱轴心受压局部屈曲试验进行验证,考虑宽厚比、温度、初始缺陷、残余应力和翼缘与腹板之间相互作用的影响,对高强Q690钢柱进行参数分析。研究结果表明:宽厚比对局部屈曲有显著影响,宽厚比的增大导致试件极限承载力的降低;初始缺陷和残余应力对局部屈曲应力有较大影响,且试件的极限承载力随着温度的升高而明显下降。基于有限元分析结果提出了适用于高强Q690钢柱高温下的局部稳定设计方法和宽厚比限值,并与GB50017-2017、Eurocode 3和ANSI/AISC 360-10中的设计方法进行了比较。     

高温作用后高强Q690钢焊接截面残余应力试验研究

焊接中的不均匀受热和冷却使钢材内部产生残余应力,残余应力会降低钢构件的刚度、稳定承载力和疲劳性能。钢构件在高温下的强度退化、塑性和蠕变变形会引起截面残余应力改变,从而影响其火灾下及火灾后承载力。为此,采用高强Q690钢材制作了6个焊接构件,包括H形、箱形两种截面形式。利用切条法测量其在常温（20℃）下、600℃和800℃高温作用后的截面残余应力,得到不同温度作用后残余应力的大小与分布。结果表明：高温作用后,残余应力有不同程度的释放;经历600℃作用后,箱形与H形截面残余应力幅值均下降至常温下的约35%;经历800℃作用后,箱形与H形截面残余应力幅值均下降至常温下的15%以下。基于试验结果,提出Q690焊接截面残余应力分布模型及残余应力幅值随受火温度变化的折减系数。     

高强度Q690钢柱耐火性能试验研究

为了获得高强度Q690钢柱的耐火性能,使用电炉对无防护足尺焊接H形Q690钢柱进行模拟ISO 834升温条件下耐火试验。测量得到不同荷载比下Q690钢柱温度、轴向位移、侧向位移与受火时间的关系,基于试验数据得到钢柱的临界温度和耐火极限。采用ABAQUS有限元软件建立钢柱耐火性能分析模型,考虑钢材高温蠕变和焊接残余应力的影响,模拟得到了钢柱的受火响应,其与试验结果吻合良好。利用验证的有限元模型分析了荷载比、长细比和升温速率对钢柱受力性能的影响。研究表明,无防护的Q690钢柱在受火20 min左右发生破坏,破坏模式为整体失稳破坏;荷载比对临界温度影响较大,长细比和升温速率影响较小; Q690钢柱的临界温度比GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EN1993-1-2的计算结果低60℃左右。最后提出了高强Q690钢柱抗火设计的简化方法。     

高强度Q690钢柱耐火性能试验研究

为了获得高强度Q690钢柱的耐火性能，使用电炉对无防护足尺焊接H形Q690钢柱进行模拟ISO 834升温条件下耐火试验。测量得到不同荷载比下Q690钢柱温度、轴向位移、侧向位移与受火时间的关系，基于试验数据得到钢柱的临界温度和耐火极限。采用ABAQUS有限元软件建立钢柱耐火性能分析模型，考虑钢材高温蠕变和焊接残余应力的影响，模拟得到了钢柱的受火响应，其与试验结果吻合良好。利用验证的有限元模型分析了荷载比、长细比和升温速率对钢柱受力性能的影响。研究表明，无防护的Q690钢柱在受火20min左右发生破坏，破坏模式为整体失稳破坏；荷载比对临界温度影响较大，长细比和升温速率影响较小；Q690钢柱的临界温度比GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EN 1993-1-2的计算结果低60℃左右。最后提出了高强Q690钢柱抗火设计的简化方法。     

Q550高强度钢焊接H形柱轴心受压承载力试验研究

高强度钢在钢结构工程中的应用可以促进科技进步,还可以带来显著的经济和社会效益,是钢结构工程发展和进步的必然趋势。为了推动Q550高强度钢在我国钢结构工程中的应用,首先研究了Q550钢材的力学性能。按照两种长细比设计了6个高强焊接H形柱试件,对其进行了轴心受压承载力试验,研究分析了Q550高强度钢焊接H形钢柱的轴心受压的极限承载力、荷载-位移曲线。对构件的承载力和稳定系数进行了理论和试验结果的对比分析。结果表明:Q550高强度钢焊接H形柱轴心受压破坏是失稳破坏,使用性能很好,试验承载力高于按照现行《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)计算的值,试验得到的稳定系数也高于规范规定的值。     

Q690D钢材十字形焊接接头高温后的断裂破坏试验研究

为研究Q690D高强度钢材及焊缝连接件在常温和高温后的断裂性能,选取代表实际梁柱节点局部焊接构造的十字形焊接节点试样,完成了常温和一系列高温后Q690D钢材和ER80-G焊缝金属的单轴拉伸试验,得到了钢材和焊缝金属在不同高温后的弹性模量、屈服强度、极限强度和延伸率.开展了常温和高温后十字形焊接接头的单调拉伸试验和超低周...     

考虑蠕变和残余应力释放的Q460钢柱抗火设计方法

承受荷载的钢结构在火灾下可发生明显的蠕变变形,钢结构中的焊接残余应力在火灾下也会一定程度地释放,因而高温蠕变变形和残余应力会对钢柱的耐火性能产生影响.为了准确地对高强度Q460钢柱进行抗火设计,有必要定量分析高温蠕变和残余应力释放对钢柱承载力的影响.采用电炉对2根焊接H形Q460钢柱进行耐火试验,得到无保护Q460钢柱...     

Q690高强钢管轴心受压局部稳定性研究

通过对Q690高强钢的材性试验及8组24根Q690高强钢管试件进行轴心受压局部稳定试验,研究了高强钢的力学性能参数及高强钢管在轴心受压下的局部失稳破坏模式和极限承载力。采用ANSYS软件对Q690高强钢管局部屈曲进行有限元模拟,计算中考虑了钢管局部几何缺陷和残余应力的影响。分析了我国和国外规范中关于钢管轴心受压局部稳定的有关计算规定,将试验与数值分析结果及相关规范计算结果进行对比,并且给出了Q690高强钢管径厚比限值及强度折减公式。     

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。     

正交异性闭口加劲板的承载力分析理论及试验研究

加劲板的局部稳定是正交异性扁平钢箱梁结构设计中的一个关键问题,我国桥梁设计规范没有这方面的规定。为了解决正交异性扁平钢箱梁结构中闭口加劲板的稳定极限承载力计算问题,以适应我国目前钢桥应用日益广泛的需要,在总结中外学者研究成果和国内外设计规范的基础上,提出一种计算闭口加劲板稳定承载力的计算理论,该理论计入材料非线性、几何非线性、初始几何缺陷、焊接残余应力等4种不利影响,并对加劲板结构的初始几何缺陷大小的取值以及残余应力分布模式进行讨论。为了验证理论的正确性、把握闭口加劲板结构的屈曲特性,设计3种不同结构布置的6块闭口加劲板结构进行稳定承载力模型试验,得到加劲板的破坏形态、极限荷载大小以及荷载-位移关系曲线。试验结果与理论分析结果吻合较好,这表明该理论可用于对闭口加劲板的极限承载力计算。     

初始缺陷对矩形钢管混凝土柱壁板屈曲后强度的影响

为了研究焊接残余应力和几何初始缺陷对矩形钢管混凝土柱壁板屈曲后强度的影响,采用有限元软件ABAQUS进行参数分析,参数包括壁板的屈服强度、宽厚比、几何初始缺陷取值大小、是否施加几何初始缺陷和焊接残余应力,并考虑两者耦合作用,给出考虑焊接残余应力和几何初始缺陷后的矩形钢管混凝土柱壁板有效宽度计算公式,并与试验数据进行比较。结果表明:建立的有限元模型能较好地模拟壁板的局部屈曲和屈曲后行为,焊接残余应力和几何初始缺陷都会降低壁板屈曲后强度,且焊接残余应力的影响较大; 不同强度等级的钢材都需要考虑焊接残余应力和几何初始缺陷的影响,对于屈服强度大于460 MPa的高强钢材,当宽厚比大于65时,可以忽略几何初始缺陷的影响; 给出的有效宽度计算公式可以较为准确且偏保守地预测矩形钢管混凝土柱壁板屈曲后强度。     

高强度钢柱高温下承载力数值计算方法

为了对建筑结构中的高强度钢柱进行抗火设计和验算,研究了高强度钢柱在高温下的极限承载力数值计算方法.考虑温度对高强度钢材力学性能的影响,对常温下钢柱极限承载力计算的逆算单元长度法进行了延伸,编制了高温下高强度钢柱极限承载力计算程序.采用编制的程序对高强度钢柱在高温下的极限承载力进行了计算,将计算结果与有限元分析结果进行了...     

Numerical investigation of inelastic buckling of steel–concrete composite beams prestressed with external tendons

The ultimate resistance of a continuous composite beam is governed by either distortional lateral buckling or local buckling, or an interactive mode of the two which is sharply different from the torsional buckling mode in a bare steel beam. A finite element model is developed and based on the proposed FE model, inelastic finite element analysis of composite beams in negative bending is investigated, considering the initial geometric imperfection and the residual stress patterns and the FE results are found agree well with the test results. Parametrical analysis is carried out on the prestressed composite beams with external tendons in negative bending. Factors that influence load carrying performance and buckling moment resistance of prestressed composite beams are analyzed, such as initial geometric imperfection, residual stress in steel beams, force ratio, which is defined as the extent of prestressing force and negative reinforcement in the beams, as well as the slenderness ratios of web, flange, and beams. By varying cross-section parameters, 25 groups of composite beams under negative uniform bending with initial geometric imperfection, residual stress as well as different force ratios, 200 beams in total are studied by means of the FE method. The computed buckling moment ratios are drawn against the modified slenderness proposed by the authors and compared with the Chinese Codified steel column design curve. It is demonstrated that the tentative design method based on the Chinese Codified design curve can be used in assessment of buckling strength of composite beams in a term of the modified slenderness defined.     

A numerical imperfection sensitivity study of cold-formed thin-walled tubular steel columns at uniform elevated temperatures

A numerical study is carried out on cold-formed rectangular hollow section columns to evaluate the sensitivity of column failure strength to initial imperfections, stress–strain relationships and to assess the existing design methods. It is shown that the magnitude of initial local buckling imperfection has a significant effect on the ultimate strength of short columns where failure is predominantly local buckling. Its effect on long columns is relatively small. Similarly the magnitude of initial global imperfection has more influence on the ultimate strength of a long column, whose failure is governed by global buckling, than on short columns, where local buckling controls. The shape of the stress–strain relationship of cold-formed steel will have noticeable effect on the column failure load. Current design methods, for high temperatures in ENV1993-1-2 and for ambient temperature in ENV1993-1-3, can provide a valid basis of calculation but modification will be necessary, depending on the exact model of stress–strain relationship of cold-formed steel at elevated temperatures.     

对预装体外钢筋的钢-混凝土组合梁弹塑性屈曲的数值分析

连续组合梁的极限承载力由侧向畸变屈曲、局部屈曲,或者由两者的相互作用决定,这一点与纯钢梁的扭转屈曲破坏模式完全不同。利用有限元模型对负弯矩区的组合梁进行了弹塑性有限元分析,其中考虑了初始几何缺陷和残余应力,最终发现有限元分析结果与试验结果吻合良好。另外,对负弯矩区的预装体外钢筋的组合梁进行了参数研究。分析了影响组合梁承载能力和屈曲弯矩抗力的因子,如初始几何缺陷、钢梁的残余应力、力比值、预应力范围、负力矩钢筋、板、翼缘和梁的宽厚比。利用有限元法对负弯矩作用下的25组共200根具有不同截面参数、初始几何缺陷、残余应力和不同力比值的组合梁进行了分析。将计算出的屈曲弯矩率与改进宽厚比的曲线与中国规范中钢柱设计曲线进行了对比。结果证实:对于改进了的宽厚比值,本文依据中国规范的设计曲线推导出来的设计方法可以用于对组合梁屈曲强度的评估。     

高强度钢材轴心受压钢柱整体稳定性能的缺陷影响研究

为研究高强度钢材轴心受压构件的整体稳定受力性能,了解构件的几何初始缺陷和截面残余应力对其屈曲强度和失稳变形的影响,以及与普通强度钢材轴压杆相比高强度钢材柱的整体稳定性能对缺陷敏感性的变化,采用有限元方法进行数值模拟计算,通过变换几何初始缺陷系数、残余应力数值大小和钢材强度等参数,对计算结果进行对比分析。研究结果表明,随着钢材强度的提高,高强度钢材轴压杆的整体屈曲强度对初始缺陷的敏感性明显降低,特别是对残余应力分布的敏感性;此外,初始缺陷的影响还与构件的长细比有直接关系。研究工作进一步揭示了高强度钢材轴压柱整体稳定性能的特点和优势。     

圆形焊接钢管的弯曲性能

采用数值计算方法对圆形焊接钢管的弯曲性能进行研究。用有限元(FE)法模拟环缝的焊接过程,采用三维(3D)热力耦合FE模型得到焊接残余应力和变形。结合焊接引起的几何缺陷和残余应力,对焊接圆钢管的失效模式、抗弯承载能力以及纯弯曲状态下的端部扭转性能进行了弹塑性大变形分析。结果表明,圆形焊接钢管的弯曲性能包含邻近焊缝处受压区的局部屈曲,这对端部扭矩有着显著影响。     

Experimental and numerical study on the stability capacity of Q690 high-strength circular steel tubes under axial compression

This paper presents experimental investigation on the local and overall buckling capacity of Q690 high-strength circular steel tubes under axial compression. Coupon tests are undertaken to obtain the Young’s modulus, Poisson’s ratio, tensile yield stress and ultimate tensile strength of Q690 steel material. Forty-two specimens under axial compression are tested to evaluate the buckling behavior and the failure mode. Test results indicate that most of the existing design standards are conservative for the design of Q690 steel tubes. The distribution model of residual stress is measured by cutting ring method. Then, a finite element model based on modified column deflection curve method (CDC) is built to assess the effects of initial imperfection and residual stress on the stability capacity of the steel tubes. Finally, design methods and recommendations are provided for estimating the stability capacity of high-strength circular steel tubes.     

Identification of factor determining strength under compressive loads of steel members corrected by heating/pressing

By using cruciform columns, factors dominating behavior under compressive loads of steel structural members, whose locally buckled part was corrected by heating/pressing, have been elucidated. They were geometric residual imperfection resulted from incomplete correction and increase of yield stress due to large plastic deformation caused by local buckling and its correction process. For soundness diagnosis of the corrected member, the importance of these factors was investigated based on the results of the numerical simulation. Although the increase of yield stress did not affect the ultimate strength, that changed the deformation mode of the member after the ultimate situation. As the result, it was elucidated that the increase of yield stress was not important in the soundness diagnosis. The residual imperfection affected the buckling and ultimate strength of the corrected member. Rather the size of the region than the absolute value in the out-of-plane direction of the residual imperfection should be controlled as small as possible for ensuring the soundness of the corrected member.