蜂窝钢梁屈曲模型的相互影响

基于侧扭屈曲模型,采用三维非线性有限元法,考虑初始几何缺陷和材料非线性,研究普通和高强蜂窝钢梁的性能。通过不同跨度和横截面的蜂窝梁试验,对模型进行验证。研究了蜂窝钢梁的破坏荷载、屈曲模型间的相互影响、荷载-侧移曲线。采用有限元模型进行参数分析,研究横截面尺寸、梁长、型钢强度对蜂窝钢梁承载力和屈曲性能的影响。腹板的畸变屈曲较大地降低了细长蜂窝钢梁的承载力。将有限元分析得到的侧扭屈曲下钢梁破坏荷载与澳大利亚规范进行比较,结果表明:规范对侧扭屈曲下普通蜂窝钢梁的破坏分析偏保守,对腹板屈曲下蜂窝钢梁的破坏分析较合理,而对侧扭屈曲下高强蜂窝钢梁的破坏分析非常保守。     

薄腹钢梁在纯剪作用下的有限元屈曲分析

利用有限元程序ABAQUS分析了薄腹钢梁在纯剪作用下的反应,定量分析了初始挠度和腹板高厚比对薄腹梁受剪性能的影响。通过研究薄腹梁的全过程位移与荷载关系,明确了弹性剪切屈曲理论和后屈曲理论的适用范围。在此基础上,提出了相应的设计建议,供实际应用及进一步的研究参考。     

基于有限元法的工字形轴压组合钢梁屈曲分析

对于钢结构中的工字形轴压组合钢梁,利用有限元法分别进行了特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,并将分析结果与材料力学中的计算结果进行比较,从而验证了有限元分析的正确性。     

基于广义梁理论的薄壁构件屈曲模态有限元分析

提出基于广义梁理论(GBT)的新方法,将各向同性薄壁构件通过壳体有限元分析方法(FEA)获得的弹性屈曲模态分解成整体、畸变和局部屈曲模态。其创新之处在于仅使用GBT截面变形模态,而非构件变形模态。该方法能够单独计算各屈曲模态,更好地了解各构件的后屈曲特性和强度曲线。根据GBT的经典假设,忽略剪切应变和横向张力。通过有限元方法得到的各模态与经典GBT计算结果一致。     

板桁组合钢梁的非线性有限元分析

对板桁组合钢梁进行非线性有限元分析.用有限个横向条带法构造了板桁组合结构板段考虑局部屈曲的空间位移模式.基于三维连续体的虚功增量方程,导出了横向条带板段单元U.L列式,用空间欧拉坐标变换考虑其位形变化,用截面塑性系数来考虑其材料非线性.应用所编程序,对广东西江桥原板桁组合结构模型梁进行了非线性分析,并对其计算结果进行了一些试验验证.     

卷边加强冷弯型钢梁局部和畸变屈曲

设计时,应重点考虑冷弯型钢构件的屈曲特性及其导致的有效性损失,以保证结构的经济性。数值模型改进后,能够反映考虑几何缺陷、材料非线性特性、后屈曲性能等因素的冷弯型钢梁的真实屈曲特性。针对侧向约束下冷成型Z型钢梁,采用已有的有限元模型,研究钢梁卷边及其与受压翼缘的相互作用对后屈曲特性的影响。利用卷边翼缘宽度比以及卷边倾角,观测局部屈曲、畸变屈曲和局部/畸变屈曲相互作用下截面抗弯刚度的变化。评估了EC3中适用于冷成型Z型钢梁局部和畸变屈曲的设计方法的有效性。总体而言,采用EC3计算的截面抗弯刚度并不保守。指出其中的不足并提出改进建议,改善卷边受压翼缘的失稳系数。     

组合钢板剪力墙屈曲强度研究

钢板外包钢筋混凝土组合剪力墙侧向刚度大、延性好,是一种有效的抗侧力构件。薄钢板墙两侧或单侧的钢筋混凝土板通过焊接栓钉和粘结作用与钢板共同工作。混凝土板旨在防止钢板受剪屈服前发生整体屈曲或局部屈曲,外包混凝土板厚度的确定是组合钢板剪力墙设计的关键。采用有限元法对组合墙板进行了弹性屈曲分析;采用薄板理论建立了组合剪力墙屈曲强度简化计算公式;讨论了板边界条件、混凝土板高厚比、钢板高厚比、混凝土弹性模量及板高宽比对有限元计算与简化公式计算结果间差异的影响;基于简化公式和有限元计算结果提出了组合钢板剪力墙弹性屈曲强度计算公式,可用于确定外包混凝土板厚度需求。     

局部屈曲或局部和畸变屈曲综合作用下冷弯型钢梁的有限元模拟

有限元法可以解决冷弯钢梁复杂的相关联屈曲问题,其中包括很多重要的关键因素:几何缺陷、材料非线性和后屈曲等。也是该方法与其他分析方法的不同之处。根据特定的冷弯Z型钢梁的材料和几何非线性建立了两类研究屈曲性能的有限元模型。其中,一个模型用于分析局部和畸变屈曲综合作用,而另一个仅用于分析局部屈曲。通过先前的四点弯曲试验证实了有限元模型的有效性。利用ABAQUS软件,模拟了一个简化的试验装置。在局部屈曲有限元模型中,通过在梁翼缘角部设置弹簧以防止畸变屈曲。由于更多的模型与试验结果相吻合,证实了对承载力和变形的预测。未来的研究将优化有限元模型,以得到侧向受约束的冷弯型钢梁不同的屈曲形式,如:局部,畸变或局部与畸变综合作用。     

非弹性屈曲下蜂窝钢梁的弯矩梯度因子

蜂窝钢梁的抗弯承载力受局部和整体失稳影响。使用有限元法研究混合屈曲模式下蜂窝钢梁的非弹性性能,建立一个考虑弯扭或畸变屈曲和横截面局部化变形之间相互作用的三维的非线性有限元模型,并根据现有研究文献中的可用结果进行验证。研究包括受三种不同荷载(跨中荷载、均布荷载和端弯矩)作用的简支梁,通过参数分析,从而评估不同几何参数对蜂窝钢梁非弹性稳定性的影响。这些参数包括钢梁横截面尺寸、翼缘宽度和厚度、腹板高度和厚度、开孔的形状和间距。介绍模拟研究中考虑各种尺寸的不同屈曲模式所对应的弯矩梯度因子。研究结果有望帮助更深入地研究蜂窝钢梁的性能,并准确预测弯矩梯度因子和这种特殊钢梁的抗弯承载力。     

六边形孔蜂窝梁腹板的屈曲性能分析

蜂窝梁是腹板开孔钢梁的一种,由于其结构合理、经济美观,已被广泛应用于工业与民用建筑、桥梁及轮船等多个领域。本文借助有限元分析软件ANSYS对六边形孔蜂窝梁腹板的屈曲性能进行了分析,求出了单孔、双孔以及多孔腹板在纯弯和纯剪作用下的屈曲模态和屈曲系数,拟合了相应的计算公式,并最终确定了腹板的高厚比限值,可供有关设计参考。     

Interaction of buckling modes in castellated steel beams

This paper investigates the behaviour of normal and high strength castellated steel beams under combined lateral torsional and distortional buckling modes. An efficient nonlinear 3D finite element model has been developed for the analysis of the beams. The initial geometric imperfection and material nonlinearities were carefully considered in the analysis. The nonlinear finite element model was verified against tests on castellated beams having different lengths and different cross-sections. Failure loads and interaction of buckling modes as well as load-lateral deflection curves of castellated steel beams were investigated in this study. An extensive parametric study was carried out using the finite element model to study the effects of the change in cross-section geometries, beam length and steel strength on the strength and buckling behaviour of castellated steel beams. The parametric study has shown that the presence of web distortional buckling causes a considerable decrease in the failure load of slender castellated steel beams. It is also shown that the use of high strength steel offers a considerable increase in the failure loads of less slender castellated steel beams. The failure loads predicted from the finite element model were compared with that predicted from Australian Standards for steel beams under lateral torsional buckling. It is shown that the Specification predictions are generally conservative for normal strength castellated steel beams failing by lateral torsional buckling, unconservative for castellated steel beams failing by web distortional buckling and quite conservative for high strength castellated steel beams failing by lateral torsional buckling.     

侧向扭转屈曲时冷成型钢梁的特性及设计

建筑物中越来越多地使用冷成型钢梁作为楼板的辅助及受力构件,其在没有足够侧向约束时的性能和瞬时承载力将受到侧向扭转屈曲的影响。以往对侧向扭转屈曲的研究主要针对热成型卷边钢梁,因此需要对简单支撑下相同弯曲度冷成型卷边槽钢梁的特性进行数值模拟。采用业内广泛认可的有限元分析软件ABAQUS进行建模,对不同条件下冷成型钢梁微单元的侧向扭转屈曲性能和承载力进行分析和模拟。将瞬时承载力结果与冷成型钢结构规范中当前设计准则的预测结果进行比较并对其进行适当的修正。欧洲的设计规范较为保守,而澳大利亚、新西兰和北美的设计规范则较为宽泛。基于有限元分析结果,对规范中的瞬时承载力设计公式进行修正。阐述了参数分析的细节问题,修正了当前设计规范,提出了侧向扭转屈曲时冷成型卷边槽钢梁的新设计准则。     

受压翼缘外带卷边和中间加劲肋的冷弯型钢梁的局部和扭转屈曲特性

采用数值模型分析受压翼缘含卷边和中间加劲肋的冷弯型钢梁的屈曲特性。通过一系列非线性有限元分析,研究了由局部或扭转屈曲导致失稳的两侧翼缘处均含卷边和中间加劲肋的冷弯Z型钢的弯曲性能。研究了中间加劲肋的尺寸和位置以及卷边加劲肋和中间加劲肋的相互作用对型材的屈曲特性和极限强度的影响。有限元分析结果常可用来检验用欧洲设计规范在预测这类断面极限强度时的精确度。     

持荷加固钢梁的有限元研究

对荷载作用下采用焊接钢板加固的W型钢梁的性能和承载力进行有限元研究。通过6个荷载作用下的焊接钢板加固的钢梁试验验证有限元模型。采用该模型对加固梁,焊接时预载的大小,未加固梁的初始缺陷等几个主要参数的影响进行分析。数值分析结果表明:加固时预载大小的增加导致加固梁侧扭屈曲破坏极限承载力降低,与每个翼缘都用焊接钢板相比,只在受拉翼缘焊接钢板,承载力降低更显著。研究也显示,未加固梁的初始缺陷变化影响了加固梁的极限承载力。当预载的大小及初始缺陷的影响达到临界状态时,梁发生屈服破坏。     

火灾中无约束钢梁的扭转弯曲的设计方法

采用数字分析和相关试验结果研究了无约束钢I截面梁的行为,采用有限元程序拓展了数学模型。在相同弯矩和中跨集中荷载的情况下,对一系列不同的UB和UC截面以及不同跨度,进行了研究。比较了预估的弯矩值与相关试验结果。在此基础上,对无约束梁提出了一种新的更精确和安全防火预报的方法,该方法克服了欧洲规范（EC3：1．2）设计公式中的一些弱点。另外,给设计者提供了一个便捷和简单的设计方法,即该方法易懂又合理,称为兰金方法。可用于预估钢梁在火中的LTB破坏荷载。兰金方法为数值预估提供了一个适宜的下界值。     

不同荷载工况下双段变截面H型钢梁相关屈曲性能分析

采用ANSYS软件中的板壳元,考虑双重非线性,对梁端受等弯矩、不等同号弯矩、不等异号弯矩和梁上均布荷载和两端简支与固接情况下双段变截面H型钢梁进行了全过程分析,并同时考虑了纵向焊接残余应力、初始几何缺陷的影响。根据获得的构件荷载-位移曲线和不同荷载时刻的构件整体与局部变形形态,对比分析了不同荷载工况对双段变截面梁的承载力、整体刚度、相关屈曲、塑性扩展等性能的影响。研究结果表明,对于受弯矩作用的双段变截面H型钢薄壁梁,其腹板宽厚比可尽量取大值;剪力对梁的相关屈曲性能影响很大,对主要受剪力作用的梁,要防止发生腹板局部屈曲;固接约束极大改善构件性能。     

Elastic lateral stability of I-shaped cellular steel beams

In this paper, the lateral stability of cellular steel beams is numerically investigated. The study is carried out using three-dimensional finite element modeling of simply supported I-shaped cellular steel beams with a broad spectrum of cross-sectional dimensions, span lengths and web perforation configurations. Stability analyses are carried out for beams subjected to equal end moments, mid-span concentrated loads and uniformly distributed loads. Finite element results reveal that, unlike the case of conventional beams with solid webs, the moment-gradient coefficient C_b is significantly influenced by the beam geometry and slenderness. In addition, the C_b coefficient of cellular beams depends on the web perforation configuration. Moment-gradient coefficient values that fluctuate closely to those values recommended by design codes are associated with pure elastic lateral torsional buckling (LTB) deformations. As the beam slenderness decreases, the web distortion increases, leading to the lateral distortional buckling (LDB) mode, which is associated with lower C_b values than code-recommended ones. Severe reduction in the C_b coefficient to values less than 1.1 is noticed for shorter-span beams where the response is dominated by non-lateral local buckling modes.A simplified approach is developed to enable accurate prediction of a moment modification factor κ_LB for cellular beams. The proposed κ_LB factor is provided by an empirical formula that is derived based on the best fit of the finite element results related to lateral buckling (LTB and LDB) modes only. The proposed approach allows for accurate and conservative evaluation of the critical moment associated with the lateral torsional/distortional buckling of cellular beams. Several numerical examples are worked out to illustrate the application of the proposed procedure.