开孔铝合金板受剪性能研究

为满足建筑采光通风等功能需求或建筑造型需求，开孔铝合金板逐渐在屋面板及墙面板中得到应用。而铝合金面板作为围护结构可以在平面内提供一定的受剪强度，且与主体结构可靠连接后可提高结构的整体性能。为研究开孔铝合金板的受剪性能，以某实际铝合金网壳为原型，进行了两个开孔铝板受剪性能的足尺试验，试件均发生局部屈曲破坏。采用ABAQUS有限元软件建立四边简支板模型，进行参数分析，研究开孔铝板的宽厚比、长宽比和开孔率对板件受剪性能的影响。结果表明：开孔铝板的受剪承载力随着板件宽厚比的增加而降低，随着板件长宽比的增加而降低，随着板件开孔率的增加而降低。同时，根据数值分析结果，拟合得到适用于开孔率在0～0.5的开孔铝板受剪承载力的计算式，并将拟合计算式、数值分析及试验结果进行对比，验证了拟合计算式的准确性。     

浅析冷弯薄壁型钢受压板件有效宽度计算异同

本文介绍了冷弯薄壁型钢受压板件的有效宽度计算理论,通过各国规范关于受压板件有效宽度设计方法的介绍和算例结果的比较,来分析冷弯薄壁型钢利用屈曲后强度的理论和发展.     

冷弯薄壁型钢构件的直接强度法

对冷弯薄壁型钢截面板件屈曲性能进行了研究,提出了直接强度法,对该法的原理、基本概念和设计方法进行了介绍,指出直接强度法可以计算冷弯薄壁型钢板件屈曲后的构件承截力,还可计算畸变屈曲的构件载力。     

钢构件屈曲后强度设计适用方法

文章分析了钢结构设计中板件屈曲后强度应用设计问题,分别阐述了普通钢结构、冷弯薄壁结构中轴压、拉压弯、弯剪构件的有效截面计算,屈曲后强度应用适用条件和设计方法,对门式刚架轻型房屋钢结构的梁柱设计分别按受弯构件、压弯构件的强度计算和稳定验算进行了较为细致的论述,明晰了一般钢构件屈曲后强度设计的适用方法。     

基于有效截面法的压型铝板承载力研究

压型铝板的宽厚比较大,加之铝材弹性模量小,局部稳定问题突出。目前,主要采用有效截面法来考虑板件屈曲对承载力的影响。有效截面法包括有效宽度法和有效厚度法。本文首先对纯弯作用下六种典型压型铝板进行ANSYS有限元分析,其结果将与按《压型金属板施工规程》、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、《铝合金结构规范》和《欧洲铝合金规范》得到的承载力对比,比较两种方法的优劣。     

冷弯薄壁型钢构件的直接强度设计法

受压或受弯的冷弯薄壁卷边槽钢有板件局部屈曲，截面畸变屈曲和整体弯曲屈曲或弯扭屈曲三种模式。本文着重介绍板件的相关屈曲和计算截面畸变屈曲应力的方法并阐述了三种屈曲模式之间的相关关系。指出用传统的有效截面设计法计算受压和受弯冷弯薄壁卷边槽钢承载力的弊端，较详细地说明了用构件全截面计算的直接强度设计法。     

焊接结构中单向受压板件屈曲后承载力研究

对焊接结构中单向受压板件的屈曲后承载力作了研究,首先对板的基本理论作了分析,接着用有限元对单向受压板的屈曲后强度做了模拟,并对得出的值与规范算法和已有文献做了验证,从而促进焊接结构板件屈曲后强度的研究。     

考虑相关屈曲的轴压铝合金板件有效截面计算

根据板件屈曲微分方程的Levy解,建立了受压箱形截面及槽形截面的弹性相关屈曲理论,给出了相邻板件约束系数的计算式。在现行欧洲铝合金结构设计规范Eurocode 9关于加劲板件及非加劲板件有效截面计算的基础上,通过引入约束系数考虑了相临板件间约束作用对截面承载力的影响,从而进一步完善了铝合金受压板件的局部稳定设计理论。应用非线性有限元软件计算了均匀受压箱形截面及槽形截面铝合金短柱的极限承载力,并与建议方法作了比较。分析表明,受压板件发生局部屈曲时确实存在板组效应,且采用文中提出的计算方法得出的结果在大多数情况下是偏于安全的。     

受弯的冷弯卷边槽钢畸变屈曲强度和其相关屈曲承载力

受弯的冷弯薄壁卷边槽钢基本上有板件局部屈曲,截面畸变屈曲和构件弯扭屈曲三种屈曲模式,随后有它们之间的相关屈曲。由于畸变屈曲模式对缺陷的敏感度高,因此其屈曲后强度提高的幅度远低于局部屈曲模式。但是与局部屈曲模式相比,畸变屈曲模式抵抗破坏的能力却很强。可以用有限单元法计算受弯卷边槽钢截面的畸变屈曲强度。本文介绍了澳大利亚-新西兰标准AS/NZS4600-2005,用手算法计算受弯卷边槽钢截面的弹性畸变屈曲应力,並用直接强度法计算其相关的屈曲承载力。     

高强钢焊接箱形截面双向压弯构件屈曲后强度设计方法研究

相比于《钢结构设计规范》(GB 50017—2003),《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)取得了较大的进步,允许板件先于构件发生屈曲,并利用了板件屈曲后强度。GB 50017—2017对轴心受压构件、受弯构件和单向压弯构件均给出了屈曲后强度计算公式,但对双向压弯构件却未给出计算公式。分析了已有的高强钢压弯构件屈曲后强度计算方法,基于GB 50017—2017中的压弯构件稳定承载力计算公式,提出了双向压弯构件屈曲后强度计算公式,收集已有高强钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度的试验和有限元结果以验证公式的有效性。研究结果表明,提出的计算公式能在大部分构件长细比和板件宽厚比范围内偏于保守地预测名义屈服强度为460 MPa和690 MPa的高强钢焊接箱形截面双向压弯构件的屈曲后强度。     

高强冷弯薄壁型钢压杆试验及直接强度法计算分析

采用直接强度法分析了近期完成的62根550 MPa高强冷弯薄壁型钢轴压柱的试验结果,提出了采用折减材料屈服强度为0.85fy,并根据修正长细比λc=λ0.85fy/235查《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018-2002)中Q235钢稳定系数表来计算高强冷弯型钢轴压构件稳定承载力的计算方法。该建议方法计算值与试验结果吻合较好且偏于安全。     

直卷边和斜卷边受弯构件畸变屈曲性能研究

应用ANSYS有限元程序,分别对直卷边和斜卷边C形和Z形截面冷弯型钢受弯构件的畸变屈曲性能进行研究。对比发现,多数直卷边构件的抗弯承载力略高于斜卷边的,在相同截面参数条件下,C形和Z形截面的抗弯承载力相差很小。计算结果还与直接强度法进行了对比,结果发现,多数构件的计算结果高于直接强度法的结果。     

冷弯薄壁型钢构件的直接强度法

直接强度法(DSM)是一种不采用有效截面而取用全截面对冷弯薄壁型钢构件进行设计的全新方法。该法可计算冷弯薄壁型钢板件屈曲后的构件承载力,还可计算畸变屈曲构件的承载力。介绍了直接强度法的基本概念、发展现状、研究成果和设计方法等。用实例说明了直接强度法的计算过程,供设计研究参考。     

局部/畸变屈曲相互作用下卷边槽钢柱的后屈曲性能及直接强度设计

对直接强度法(DSM)进行改进,以计算局部/畸变屈曲相互作用下卷边槽钢柱的极限强度。首先,采用壳体有限元分析方法分析薄壁构件的几何特性和材料的非线性特性,并简单描述该分析过程的主要内容。利用该方法建立卷边槽钢柱的极限荷载"数据库",以用于改进和评估DSM设计方法。其次,简要回顾了当前计算局部和畸变作用下柱破坏时承重能力的DSM表达式,特别是考虑局部和畸变交互作用的方法。此外,研究了两种边界条件下(铰接和固接)局部/畸变屈曲相互作用下几何尺寸不同的276根卷边槽钢柱的极限荷载,给出ABAQUS软件的参数研究结果,并对其进行了讨论。最后,将这些极限强度数据与DSM计算结果进行比较,结果表明,采用DSM计算局部/畸变屈曲交互作用时需考虑某些特性。     

The direct strength method for stainless steel compression members

The paper presents a complete set of direct strength equations for stainless steel members and sections in compression. The direct strength equations are based on recent research on the local, distortional and member bucking of stainless steel compression members, including the interaction of local and member buckling. The paper summarises the underlying research and presents the direct strength equations in a consistent format using a notation similar to that used in the North American Specification and the Australian Standard for (carbon) steel structures. Direct strength equations are proposed for local, distortional and combined local and member buckling, which fit within the framework of the Australian, North-American and European standards for stainless steel.     

焊接H型钢局部纵弯失稳下抗弯强度计算

对由厚度为6.0mm、名义屈服强度为315.0MPa的钢板制成的H型钢进行了一系列弯曲试验,研究焊接H型钢的抗弯强度。截面几何形状和侧向边界条件决定了薄壁受弯构件的屈曲形式(局部屈曲、侧向扭转屈曲或交互屈曲)。翼缘或腹板宽厚比较大的受弯构件最先出现局部屈曲,继而发生侧向扭转屈曲,在交互屈曲作用下材料最终破坏。侧向扭转屈曲下局部屈曲对抗弯强度有负面影响。计算薄壁抗弯构件名义屈服应力时应将该现象考虑在内。对翼缘和腹板宽厚比不同的焊接H型钢梁进行了试验。进行有限元分析时将局部和侧向扭转屈曲模态的初始缺陷及残余应力考虑在内。基于考虑焊接型材局部和侧向扭转屈曲相互作用的试验和有限元分析结果,给出直接强度法(DSM)计算抗弯强度的简化公式。计算强度曲线与AISC规范(2005),EC3(2003)及试验结果进行比较,验证了DSM方法所计算的强度曲线的准确性。通过试验得出薄壁焊接H型钢的抗弯强度和结构性能的有关结论。     

Simulation of cold-formed steel beams in local and distortional buckling with applications to the direct strength method

A nonlinear finite element (FE) model is developed to simulate two series of flexural tests, previously conducted by the authors, on industry standard cold-formed steel C- and Z-section beams. The previous tests focused on laterally braced beams with compression flange details that lead predominately to local buckling failures, in the first test series, and distortional buckling failures, in the second test series. The objectives of this paper are to (i) validate the FE model developed for simulation of the testing, (ii) perform parametric studies outside the bounds of the original tests with a particular focus on variation in yield stress and influence of moment gradient on failures, and (iii) apply the study results to examine and extend the Direct Strength Method of design. The developed FE model shows good agreement with the test data in terms of ultimate bending strength. Extension of the tested sections to cover yield stresses from 228 to 506 MPa indicates that the Direct Strength Method is applicable over this full range of yield stresses. The FE model is also applied to analyze the effect of moment gradient on distortional buckling. It is found that the distortional buckling strength of beams is increased due to the presence of moment gradient. Further, it is proposed and verified that the moment gradient effect on distortional buckling failures can be conservatively accounted for in the Direct Strength Method by using an elastic buckling moment that accounts for the moment gradient. An empirical equation, appropriate for use in design, to predict the increase in the elastic distortional buckling moment due to moment gradient, is developed.     

高强冷弯型钢受弯构件截面局部屈曲临界应力

介绍了求解截面的局部屈曲临界应力的意义,探讨了求解截面的局部屈曲临界应力cσrl的方法,并对实验值与理论值进行了比较,最后提出了有待进一步研究的问题,从而为直接强度法的顺利使用提供了理论基础。     

Improved prediction of simultaneous local and overall buckling of stiffened panels

In this paper, improved expressions for elastic local plate buckling and overall panel buckling of uniaxially compressed T-stiffened panels are developed and validated with 55 ABAQUS eigenvalue buckling analyses of a wide range of typical panel geometries. These two expressions are equated to derive a new expression for the rigidity ratio (EI_x/Db)_CO that uniquely identifies “crossover” panels—those for which local and overall buckling stresses are the same. The new expression for (EI_x/Db)_CO is also validated using the 55 FE models. Earlier work by Chen (Ultimate strength analysis of stiffened panels using a beam-column method. PhD Dissertation, Department of Aerospace and Ocean Engineering, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, VA, 2003) had produced a new step-by-step beam-column method for predicting stiffener-induced compressive collapse of stiffened panels. An alternative approach is to use orthotropic plate theory. As part of the validation of the new beam-column method, ABAQUS elasto-plastic Riks ultimate strength analyses were made for 107 stiffened panels—the 55 crossover panels and 52 others. The beam-column and orthotropic approaches were also used. A surprising result was that the orthotropic approach has a large error for crossover panels whereas the beam-column method does not. Some possible reasons for this are suggested.