单调水平荷载下冷弯型钢墙板性能

对一个定向刨花板覆面的冷弯型钢墙板所做试验研究的调查结果进行介绍。静态横向荷载试验在13个全尺寸的墙板样本上进行,通过使用土耳其所采用的施工细节来调查冷弯型钢墙的性能。试验结果显示,在冷弯型钢墙板的底部使用一定几何形状的连接件来转移拉力,可很大程度地影响墙板的整体性能。试验发现,在连接件和与其相邻的底部发生了大范围的破坏,从而阻止了主要的承载机制引发的墙体刚度。其他所观察的变形模式还包括用螺钉连接的定向刨花面板覆面与冷弯型钢墙板的边界的框架构件的倾斜,以及覆面与框架构件的分离。冷弯型钢框架内斜压杆的存在会引起墙板荷载能力和初始刚度的少量增长。这也证实了使用已有文献中的设计公式可较为精确地预测所测量的墙板的承载能力。     

G450级冷弯薄壁型钢轴压柱承载力的计算方法探讨

对冷弯薄壁型钢构件承载力的几种计算方法进行了综述,引用了国外的一组试验数据,分别用美国规范(AISI 1996),中国规范(GB 50018-2002),北美规范NAS 2004附录中的直接强度法(DSM)进行了稳定承载力计算。结果表明:直接强度法可以有效地预测G450级冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱的稳定承载力,美国规范的计算结果偏于不安全,GB50018-2002对G450级冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱进行稳定承载力计算的结果与试验结果相比也偏于不安全,必须进行修正。考虑构件截面板组相关性的影响,修正后的计算结果与试验结果吻合良好且偏于安全,可供修订规范和设计时参考。     

冷弯薄壁型钢构件畸变屈曲研究现状

冷弯薄壁型钢开口截面构件受力过程中除出现局部屈曲和整体屈曲外,还可能出现另外一种畸变屈曲模式,畸变屈曲以及其与局部屈曲、整体屈曲的相关作用会降低构件的极限承载力,改变构件的受力性能。介绍了畸变屈曲的特点和性能,总结了国内外冷弯薄壁型钢构件畸变屈曲试验与理论研究成果,并对北美规范、澳洲规范、欧洲规范、英国规范以及我国规范关于畸变屈曲的设计计算方法进行了归纳介绍,最后在分析的基础上总结了畸变屈曲研究目前尚需解决的问题。     

冷弯厚壁型钢冷弯效应及残余应力研究进展

目前,我国对壁厚6 mm以上的冷弯型钢在结构设计时尚无相应技术标准可依。首先,介绍了北美AISI、澳洲/新西兰AS/NZS规范、欧洲ER3规范和我国GB 50018—2002规范中考虑冷弯效应的屈服强度计算方法及其理论依据,并将各规范计算值与冷弯厚壁试验数据进行了对比,结果表明各国规范计算值均偏于保守,其中,我国规范计算值和欧洲规范很接近,可用于厚壁型钢考虑冷弯效应的屈服强度计算。其次,鉴于冷弯型钢中残余应力分布与热轧型钢中完全不同,对冷弯残余应力从试验、理论和数值研究方面进行了评述,可为冷弯厚壁型钢构件的进一步研究提供基础。最后,结合我国现有的规范情况,对冷弯厚壁型钢在冷弯效应及残余应力方面有待进一步研究的问题提出了建议。     

冷弯厚壁型钢考虑冷弯效应的屈服强度计算方法研究

为研究冷弯效应对壁厚6.0 mm以上的冷弯厚壁型钢屈服强度的影响,对4种不同截面、不同厚度的冷弯厚壁型钢进行了截面不同部位的材性试验研究,同时对现有国内冷弯厚壁型钢的材性试验和短柱试验数据进行了汇总。在简要回顾国内外冷弯厚壁型钢考虑冷弯效应的屈服强度计算公式及其理论依据的基础上,将各国规范计算值与试验值进行了对比。结果表明：冷弯效应对冷弯厚壁型钢的屈服强度影响较大,其影响程度与板件的宽厚比关系明显;我国规范、北美、澳洲/新西兰规范公式,以及朱爱珠基于我国规范提出的修正公式计算结果偏于保守,而欧洲规范的计算结果略偏大;我国GB 50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》中计算方法理论依据充分,且在计算结果偏于安全的同时变异系数较小,更适合于工程应用。     

冷弯薄壁C型钢轴压短柱承载力计算方法的改进

用我国规范有效宽度法求得的冷弯薄壁型钢短柱构件极限承载力高于试验结果,倾向于不安全。所以,通过分析提出,按照《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002中的有效宽度法计算组合截面冷弯薄壁型钢受压构件承载力时,可以对计算结果乘以一个修正系数以示其原结果的不安全程度。由于有效宽度法在计算试件极限承载力时存在不安全性,因此本文引入另一种适用于冷弯薄壁型钢构件的计算方法,即直接强度法(Direct Strength Method,DSM)。将直接强度法和有效宽度法计算求得的短柱极限承载力与试验结果进行对比,结果表明,直接强度法的计算结果与试验值更为吻合,为使其结果更加经济、安全,本文提出适用于计算组合截面冷弯薄壁型钢受压构件承载力的直接强度法建议公式。     

超高强型钢混凝土组合柱受力性能及设计方法

为研究JGJ 138—2016《组合结构设计规范》对于超高强型钢混凝土(SRC)组合柱的适用性,根据试验研究、数值模拟和理论分析,对材料强度涵盖C130、C90高强混凝土和S690、S500、S355型钢的SRC柱受力性能和工作机理进行了研究。试验变量包括荷载偏心率、构件含钢率、钢纤维掺量及箍筋构造形式等,对构件破坏模式、承载能力和变形能力等指标进行分析,并基于纤维单元法预测了压弯构件荷载-挠度响应和轴力-弯矩相关曲线。通过对比分析,指出现行欧洲规范EC4中塑性应力分布方法高估了SRC柱承载力,并基于钢与混凝土强度匹配准则和柱构件变形性能,提出了高强材料有效强度用于SRC柱承载力预测,预测效果较设计规范有明显改善。     

冷弯型钢冷弯效应试验研究

通过冷弯矩形管中截取的板件和短柱以及相应母材板件试样的冷弯效应试验 ,研究厚壁冷弯型钢冷弯效应对钢材强度的影响。根据板件试样的实测数据 ,分别用北美、澳大利亚和新西兰及我国相关规范建议的公式计算全截面屈服强度 ,并将计算结果与短柱试验结果进行比较分析。提出修改我国现行的冷弯薄壁(厚度≤ 6mm)型钢强度设计规范公式 ,得到冷弯厚壁型钢考虑冷弯效应的强度设计建议公式。     

冷弯型钢受弯构件非弹性屈曲试验

对名义厚度为2mm的30根冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受弯构件进行非弹性屈曲试验研究,为了保证试件在非弹性阶段屈曲,试件整体弯曲屈曲应力大于三倍的材料屈服强度。试验结果表明冷弯薄壁型钢受弯构件在非弹性阶段会出现板件的局部屈曲以及构件的整体屈曲相关作用,我国现行规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》计算受弯构件在非弹性阶段的承载力过于保守,需对冷弯薄壁型钢受弯构件非弹性阶段承载力计算方法进行修正。     

高强冷弯薄壁型钢轴压短柱受力性能试验研究

为了验证壁厚小于1 mm的G550级高强钢材对中国〈冷弯薄壁型钢结构技术规范〉（GB50018-2002）相关设计规定的适应性,进行了30根冷弯薄壁型钢方管截面轴压短柱的试验研究,试件的壁厚均为0.6 mm、宽厚比为20～150.试验结果表明：当宽厚比较小时（b/t≤40）,试件的初始缺陷和高强钢材本身特性对构件承载力的影响较大,试件材料的强度得不到充分发挥;当宽厚比较大时（b/t＞40）,高强钢材局部屈曲和有效截面是影响构件承载力的主要因素.通过对试验结果和各国规范计算结果的对比分析,给出了高强冷弯薄壁型钢构件按中国规范GB 50018-2002计算有效宽度的建议.     

带孔冷弯薄壁钢构件的屈曲研究(英文)

自20世纪40年代以来,带孔冷弯薄壁钢构件因为具有节省钢材且容易形成异型构件等优点而在全世界范围内得到广泛应用。但是早先的研究只局限于受压或受弯个别构件的弯曲屈曲研究。带孔冷弯薄壁构件的分析和设计相当复杂,尤其是当开孔形状及位置不规则时更是如此。从理论分析出发,并结合文献中给出的一系列试验资料,通过多个算例,介绍了带孔的和不带孔的冷弯薄壁钢构件弯扭屈曲和畸变屈曲的计算方法。     

冷成型轴压方钢管柱破坏模式的数值模拟研究

为准确揭示冷成型轴压方钢管柱的受力全过程,对其极限承载力和破坏模式进行了数值模拟研究,并与试验结果进行了对比。分析中考虑了材料非线性和几何非线性的影响。详细阐述了使用ANSYS进行冷成型轴压方管柱建模时需要注意的问题,并根据模拟结果分析了网格密度、初始缺陷等参数对模拟效果的影响。提出了合理的有限元分析模型、网格划分密度、初始缺陷施加方式等一系列具体措施。数值模拟结果与试验结果吻合良好。给出了实际工程中柱边界条件模拟方法的建议。     

冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱承载力的计算方法

对冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱承栽力进行了稳定承载力计算,结果表明：直接强度法可以有效地预测冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱的稳定承载力,与GB50018—2002中的有效宽度法计算结果和试验结果吻合良好且偏于安全。     

偏心受压冷弯薄壁槽钢的卷边角度优化设计

为了使得钢结构的性能与用钢量比达到最优,前人对槽型钢的截面尺寸优化进行了较为充分的研究。但是,涉及卷边角度的优化特别是偏心受压工况下的优化分析却很缺乏。以Yao-Teng偏心受压计算公式,结合遗传算法,以冷弯卷边槽钢柱偏心受压为例,将槽钢卷边角度与偏心距作为设计变量,寻找在不同偏心距受压情况下,达到最大畸变屈曲临界应力的卷边角度。基于有限条分析程序,对两端简支与两端固支情况下不同截面尺寸构件的畸变屈曲临界应力进行了计算分析,最终得出不同偏心距受压下统一的最优卷边角度。为了方便工程设计人员设计时参考,建议卷边角度统一取为100°。     

Proposal for design rules of axially loaded CFRP strengthened cold formed lipped channel steel sections

Carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites are considered to have high performance and potential for use in strengthening , retrofitting and for the rehabilitation of structural sections. In this paper, design procedures are proposed for the axial load capacity of cold formed steel lipped channel columns strengthened with carbon fiber reinforced polymer (CFRP). For the purpose of validation, the results are based on the proposed design equation from the North American specification for the design of cold-formed steel structural members (AISI-2007) and Euro code for cold-formed members and sheeting (EC3-EN1993-1-3:2006) are compared against the experimental test data. The test results showed that the capacity of the columns are close to the theoretical values predicted by the AISI-2007 and EC 3 provisions. Some tested specimens showed reduced capacity and premature failure due to peeling and debonding of the CFRP from the steel. Various experimental investigations are suggested for future work to further validate and update the design equations. From the experimental studies, it has been observed that there is significant increase in strength due to CFRP strengthening.     

屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢结构轴压构件承载力计算模式研究

本文收集了目前国内外屈服强度550MPa高强钢材冷弯薄壁型钢结构轴心受压构件的试验数据,参考现行的《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018—2002),对其承载力的合理计算模式进行了系统研究。结果表明,现行规范考虑板组约束计算截面有效宽厚比的方法对屈服强度550MPa高强钢材冷弯薄壁型钢结构轴心受压构件极限承载力的计算是可靠的。     

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件试验研究及承载力分析

对63根屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件进行试验研究,分析了构件的屈曲模式和极限承载力,并将参考AISI规范、澳洲规范和北美规范及我国现行行业标准《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（报批稿）计算的构件承载力与试验结果进行分析比较。在此基础上,对高强超薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件的承载力合理计算模式进行研究。结果表明：高强超薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件在宽厚比较大时会出现畸变屈曲模式;采用等效板件方法计算加劲板件有效宽度后,我国《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（报批稿）适用于屈曲强度550MPa、厚度小于2.00mm的冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件承载力计算。     

Thin-walled cold-formed sections subjected to compressive loading

The weakening effects of local buckling on the compressive load carrying capability of thin-walled cold-formed sections is examined and discussed. Theoretical results are presented for the pin-ended support condition and a study is made of the local buckling and overall bending interaction behaviour of compression members with different cross-sectional shapes. It is shown that singly symmetric plain channel sections exhibit considerably different interactive equilibrium characteristics to those of I-sections for which the shear centre and section centroid are coincident.

The theoretical results given have been obtained through the solution of a differential equation which governs, approximately, the overall bending behaviour of a locally buckled compression member. Both local and overall imperfections are considered in the theoretical approach and it is shown that the effect of these is to reduce the ultimate compressive carrying capacity of cold-formed sections.

An experimental investigation of the behaviour of concentrically loaded pin-ended I-section struts and columns is reported and the findings from this are compared with theoretical predictions. The theoretical predictions of load-deflection equilibrium behaviour and stress variations with load are shown to be in good agreement with those obtained from test.

The provisions made in the UK Code of Practice and the American Specification pertaining to the design of cold-formed compression members are briefly outlined and compared. It is shown that with regard to I-section struts and columns the American design procedure gives, in general, more conservative estimates of collapse.     

Design of cold-formed steel unequal angle compression members

Cold-formed steel unequal angles are non-symmetric sections. The design procedure of non-symmetric sections subjected to axial compression load could be quite difficult. The unequal angle columns may fail by different buckling modes, such as local, flexural and flexural–torsional buckling as well as interaction of these buckling modes. The purpose of this study is to investigate the behaviour and design of cold-formed steel unequal angle columns. A nonlinear finite element analysis was conducted to investigate the strength and behaviour of unequal angle columns. The measured initial local and overall geometric imperfections as well as the material properties of the angle specimens were included in the finite element model. The finite element analysis was performed on fixed-ended columns for different lengths ranged from stub to long columns. It is demonstrated that the finite element model closely predicted the experimental ultimate loads and the behaviour of cold-formed steel unequal angle columns. Hence, the model was used for an extensive parametric study of cross-section geometries. The column strengths obtained from the parametric study were compared with the design strengths calculated using the North American Specification for cold-formed steel structural members. It is shown that the current design rules are generally unconservative for short and intermediate column lengths for the unequal angles. Therefore, design rules of cold-formed steel unequal angle columns are proposed.