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<正>《土木建筑与环境工程》03/2017高强钢焊接薄腹工形截面双向压弯构件的稳定性应用ANSYS有限元,分析了Q460高强钢焊接薄腹工形截面双向压弯构件的稳定性能,提出了可供实际应用参考的设计公式。分析中考虑的主要参数有腹板高厚比,构件长细比,翼缘宽厚比及荷载偏心率。结果表明,对受压为主的构件,腹板局部屈曲对构件稳定承载力影响较大,而对受弯为主的构件,这一因素对构件稳定承载力影     

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。     

宽薄腹工形截面压弯构件的平面内稳定设计

钢结构设计规范(GB50017-2003)、门式刚架轻型房屋钢结构技术规程(CECS1022002)关于宽薄腹工形等截面压弯构件的平面内稳定计算,虽然基本原理相同,但具体方法差别甚大。通过对试验数据、由数值法所得的分析结果与按这两种方法的计算结果比较,发现规范的方法在很大范围内偏于保守,且不甚合理;而门规的方法更为经济合理,建议规范也采用门规的方法对宽薄腹工形等截面压弯构件作平面内的稳定计算,使设计更加统一,经济合理。     

卷边翼缘工形截面梁的稳定性能及设计方法

基于大挠度弹塑性板壳有限元分析方法,系统地研究了卷边工形梁在两端等弯矩作用下的失稳机理与稳定承载力,揭示了卷边工形截面构件的局部屈曲、畸变屈曲、整体侧向失稳以及它们之间的相互作用。系统地分析了截面宽高比、腹板高厚比、翼缘宽厚比、长细比等构件参数对侧向稳定承载力的影响,并基于大量的数值计算数据给出了卷边工形梁在两端等弯矩作用下的稳定承载力设计公式,可为规范修订以及工程设计提供依据。     

宽薄腹工形截面压弯构件的平面外稳定设计

《钢结构设计规范》(GB50017-2003)、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102∶2002)关于宽薄腹工形等截面压弯构件的平面外稳定计算,虽然基本原理相同,但具体方法差别很大。通过对试验数据、数值法的分析结果与按这两种方法的结果比较,发现“规范”的方法在很大范围内偏于保守,不甚合理;而“门规”的方法更为经济合理,建议规范也采用“门规”的方法对宽薄腹工形截面压弯构件的平面外稳定进行计算,使设计更加统一,经济合理。     

腹板屈曲后强度压弯构件的极限承载力研究

现行的《钢结构设计规范》(GB50017-2003)和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)中关于考虑腹板局部屈曲后强度压弯构件的有效宽度计算方法有很大差别。本文利用有限单元法对薄腹板压弯构件进行平面外稳定承载力分析。通过变化腹板高厚比、翼缘宽厚比、构件长细比、荷载偏心距等参数,将有限元分析结果与以上两种方法的结果进行比较。发现规范中的有效宽度计算方法很大范围内偏于保守,而门规中的方法较为合理,建议采用门规中的方法来考虑工字形截面压弯构件腹板屈曲后强度。     

楔形压弯构件平面内稳定极限承载力研究

楔形变截面H型钢构件设计中常采用高而薄的腹板,这样能够充分发挥翼缘的承载能力,节省材料。如此虽然可能引起腹板的局部屈曲,但板件的屈曲并不意味着构件承载能力的丧失。应用非线性板壳有限元分析方法,对变截面压弯构件平面内稳定极限承载力进行了分析。在考虑腹板局部屈曲和构件整体屈曲相关作用的同时,系统地分析与评价了腹板宽厚比、翼缘宽厚比、构件长细比和楔率等对压弯构件平面内稳定极限承载力的影响,并与《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)的计算结果进行了比较,结论可供工程设计参考。     

工形截面钢拱考虑腹板局部屈曲的承载力设计方法研究

把工形截面钢拱的腹板做高做薄是提高其承载力的有效方法之一。该文采用大挠度弹塑性壳单元模型,研究焊接工形截面两铰圆弧钢拱在允许腹板局部屈曲条件下的平面内稳定承载力及其设计方法,其中考虑钢拱几何初始缺陷和残余应力的影响。首先,对钢拱在均匀轴压力作用下的承载力和破坏机理进行有限元数值分析和参数研究,考察拱截面腹板高厚比、钢拱几何长细比、截面翼缘腹板板厚比和翼缘宽厚比对钢拱稳定系数的影响。在设定的钢拱翼缘宽厚比范围内,基于大量的钢拱承载力数值分析结果,提炼出腹板高厚比和翼缘腹板板厚比组合效应的等效正则化腹板高厚比,进而获得钢拱稳定系数与等效正则化腹板高厚比以及钢拱正则化长细比之间关系的计算公式。其次,研究压弯组合作用下钢拱腹板高厚比变化对钢拱整体稳定承载力的影响,揭示钢拱压弯组合作用下的破坏机理及稳定承载力。最后通过对大量钢拱算例进行不同压弯组合工况下的极限承载力分析,提出了钢拱在一般荷载或组合荷载作用下承载力设计的计算公式。     

高强钢焊接工字形截面压弯构件局部-整体相关屈曲分析北大核心CSCD

采用有限元法分析了Q460钢腹板高厚比超限(h w/t w=60,70,80,100,120)的焊接工字形截面压弯构件的极限承载力,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比、构件长细比和相对偏心率对其屈曲性能的影响,提出了计算Q460钢压弯构件局部-整体相关屈曲极限承载力的修正公式。研究表明,有限元法能很好地分析腹板高厚比超限的工字形截面压弯构件非线性屈曲性能;腹板高厚比增大,极限承载力提高,腹板屈曲后强度保持能力增大,延性增大。相反,翼缘宽厚比增大,构件极限承载力减小,腹板屈曲后强度保持能力减弱,延性降低;长细比增加,构件刚度明显减小,极限承载力降低,但延性却增大;相对偏心率增大,弯曲变形起主导作用,跨中挠度急剧增加,而轴力的变化相对变缓。提出的修正公式计算结果与有限元结果吻合很好。     

卷边翼缘工形构件在压弯荷载作用下的稳定承载力设计理论

卷边工形截面构件作为一种高效型材,在弯矩与轴力共同作用下的破坏模型常常是伴随板件局部屈曲的整体失稳。利用板壳有限单元法,研究卷边工形截面构件在板件局部屈曲下的构件整体稳定承载力,建立其稳定承载力设计公式。首先,通过设计大量算例,研究了截面宽高比、腹板高厚比、翼缘宽厚比等截面参数对短柱承载性能的影响,其中考虑了板组之间屈曲的相关作用,获得了考虑板组局部屈曲特性的短柱稳定承载力相关公式。在短柱板件局部失稳承载力研究的基础上,计入构件长细比对长柱面内和面外稳定承载性能的影响,通过数值分析建立了卷边工形构件在压弯荷载作用下的稳定承载力设计公式。     

Investigation of ductility in hybrid and high strength steel beams

Compactness and lateral support configuration provisions for design of steel beams are formulated so as to ensure that the resulting beam exhibits adequate ductility. It appears from the current research that slenderness limitations are not valid for beams made of the high strength steel grades. In this paper an attempt is made to study on influence of flange and web slenderness as well as lateral support spacing of homogenous and hybrid welded I-sections made of high strength steel on member ductility. For this purpose an experimentally verified nonlinear numerical analysis of the local and overall stability was performed. These beams are subjected to constant moment loading a new theoretical method is proposed to calculate the rotation capacity for this loading type. A comparative study was carried out between this method and numerical study results to ensure the accuracy of proposed method. In this research realistic material behavior and residual stresses were adopted in finite element models. Results have shown that using the high strength steel in cross sections subjected to bending has a significant effect on flexural behavior of these members. Meanwhile, in present study, interaction between the flange and web slenderness ratios was evaluated in accordance to AISC criteria for compact sections.     

箱形钢柱受力性能分析及抗震设计建议

基于箱形钢柱拟静力试验,通过有限元分析,研究腹板宽厚比、构件轴压比及平面外长细比、柱顶弯矩等因素对偏压箱形钢柱抗震性能的影响。研究结果表明：腹板宽厚比和平面外长细比对箱形钢柱抗震性能影响较大,随着腹板宽厚比、平面外长细比的增大,箱形钢柱延性和承载力均有所减小,抗震性能变差;柱顶弯矩使箱形钢柱的正向延性增大,而降低其反向延性,柱顶弯矩对箱形钢柱抗震性能的影响相对较小。在此基础上,对箱形钢构件提出与受力状态相关联的腹板宽厚比、平面外长细比限值建议。引入箱形钢柱位移角概念,进而提出大跨度空间钢结构的构件抗震等级划分方法。并给出箱形钢构件腹板宽厚比、构件平面外长细比的抗震验算流程。     

竹皮轴压箱形构件整体稳定性能试验研究

基于114个竹皮箱形截面柱进行了轴心受压试验,研究了0.35 mm与0.5 mm两种厚度规格竹皮制作的等边箱形截面柱在不同宽厚比下的整体稳定性能。基于试验结果,分析了竹皮箱形截面柱的失稳破坏形态和整体稳定系数。试验结果表明,箱形截面构件在受荷时同时存在局部失稳与整体弯曲失稳,其中,长细比小于临界长细比的构件在受压时以局部失稳为主,长细比大于临界长细比的构件以整体失稳为主。通过对试验数据分析拟合,计算了两种规格竹皮各3种宽厚比箱形截面构件的临界长细比值,提出了竹皮轴压箱形构件柱子曲线与承载力设计方法,为学生在结构设计竞赛中进行构件截面设计提供科学的理论依据和计算公式。     

腹板开洞钢拱的平面内稳定极限承载力设计理论及方法

腹板开洞钢拱组合了拱和开洞构件的特性,目前在轻轨列车站篷及航站楼等的钢结构中有广泛应用。本文首先用有限壳单元分析了以工形截面腹板开洞圆弧钢拱为代表的拱的平面内弹性屈曲性能,考察了腹板孔洞的几何参数和拱本身的几何参数对屈曲荷载的影响;按照整体屈曲荷载的等效原则,把腹板开洞拱等效为由两个T形截面和缀板组成的格构式构件,并给出了格构式构件的等效截面尺寸。然后研究了各参数下的腹板开洞钢拱的弹塑性屈曲性能,定量考察了孔洞对稳定极限承载力的削弱作用,提出了腹板开洞钢拱特有的单边塑性铰的破坏机理。利用已经建立的拱的稳定系数与拱的正则化长细比的关系,根据等效构件的换算长细比,提出了受静水压力及其它荷载分布形式的腹板开洞拱的平面内稳定极限承载力设计方法。     

钢管混凝土偏心受压构件承载力计算的研究

本文提出了钢管混凝土偏心受压构件考虑等效紧箍力的作用,按截面形成塑性铰确定强度承载力,同时采用压溃理论确定构件的稳定承载力。 经过大量的实验验证,证明推荐的计算公式是正确的,适用于任意偏心率和长细比的各种情况,具有普遍的实用意义。 计算公式虽比较繁复,但表达式却很简单,通过电算算出系数值,可供设计时直接查用,简捷而方便。     

缀板连接的内核分离式屈曲约束构件的承载力设计方法

屈曲约束构件可分为延迟屈曲构件和不屈曲构件,延迟屈曲构件在内核屈服前失稳破坏,当满足承载力设计要求时有更好的经济性。目前已有研究多针对不屈曲构件。针对缀板连接的内核分离式屈曲约束构件,利用平衡法研究了单个分肢的计算长度系数;推导了绕两个主轴的整体弹性屈曲荷载,利用有限元方法研究其弹性空间失稳特性;基于大量有限元弹塑性数值算例,拟合得到正则化长细比 稳定系数设计曲线。研究结果表明：分肢计算长度系数仅与缀板和分肢线刚度比有关,通过比较绕两个主轴方向的长细比可判断构件空间弹性失稳的形式;采用拟合设计曲线可较好预测延迟屈曲构件弹塑性承载力,且比有限元结果偏于安全,区分不屈曲构件和延迟屈曲构件的临界正则化长细比可取为0.75;最后给出了保证分肢弹塑性失稳不先于整体破坏的设计建议。建立的涵盖不屈曲构件和延迟屈曲构件的缀板连接的内核分离式屈曲约束构件承载力设计方法可为设计提供参考。     

Q460高强角钢极限承载力的试验研究

将高强角钢放置在实际铁塔结构中,选取平面三角形桁架1∶1模型,采用不同端部连接形式,两种长细比,对Q460高强角钢进行极限承载力试验研究。根据试验结果分析Q460等边角钢的破坏形态、极限承载力、与连接腹杆的工作机理等指标。研究表明:子结构试验能真实反映构件在结构中的受力性能和实际端部约束条件;长细比为30、45的试件,其破坏模式介于整体弯曲和局部屈曲之间,局部稳定问题突出;长细比为60的试件,以整体弯扭变形为主。研究为Q460高强角钢的规范制订和工程应用提供了合理依据。     

Analysis based evaluation for buckling loads of two-way elliptic paraboloidal single layer lattice domes

The present paper proposes an efficient method for evaluating elasto-plastic buckling loads of two-way elliptic paraboloidal lattice domes of single layer under vertical loads. The procedure is composed of the following steps: linear buckling analysis to find the generalized slenderness ratio of the specific member that is the most relevant to their loading capacities; the generalized slenderness ratio is applied to obtain the axial strength for the specific member, based on which elasto-plastic buckling load is evaluated. The comparison of the evaluated buckling loads with those obtained from FEM elasto-plastic buckling analyses proves that the procedure is valid and efficient enough to be applied in design practice. Based on safety factors, given in some recommendations, the allowable column strength is also proposed for proportioning the members of elliptic single layer paraboloidal lattice domes.     

Q420双角钢组合截面偏压构件弹塑性弯曲屈曲

通过试验研究了特高压输电塔塔身主材规格为L160×12、L160×14、L160×16的3种Q420高强双角钢十字组合截面偏压构件的破坏模式,试验结果表明此种构件均以整体弹塑性弯曲屈曲破坏为主.基于改进逆算单元长度法编制相应程序,计算得到了这3种角钢规格在不同长细比并考虑残余应力情况下截面的弯矩轴力相关曲线,提出适用于此类截面形式的弯矩作用平面内稳定的建议计算公式及柱子曲线.引用的非线性幂函数模型能较好的反映此类偏压构件在等端弯矩受力作用下杆件端部弯矩与杆端转角的弯矩转角关系.     

工字型铝合金轴心受压构件中美设计规范对比

对比GB50429-2007《铝合金结构设计规范》、DGJ08-95-2001《铝合金格构结构技术规程》（试行）、美国铝合金设计规范中6061-T6工字型铝合金构件的整体稳定系数,求出了铝合金板材不同宽厚比下弹性屈曲允许应力,得到了铝合金构件不同长细比与宽厚比之间的关系.工程设计中应综合考虑整体稳定、局部稳定及局部屈曲的影响,以确定最合理的截面形式.