冷弯薄壁型钢受弯构件局部屈曲性能研究

采用有限条程序CUFSM对截面形式为TS40和TS61的19根550MPa高强冷弯薄壁型钢帽形截面简支檩条受弯构件局部屈曲应力进行分析,计算结果与试验值吻合较好。利用有限条程序对帽形截面受弯构件的翼缘宽厚比、腹板翼缘宽度比、卷边翼缘宽度比、腹板翼缘夹角等参数进行计算分析,结果表明腹板翼缘宽度比是影响帽形截面简支檩条受压翼缘局部屈曲稳定系数的重要因素。利用考虑板组相关的我国现行规范GB50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》和英国冷成型薄壁构件设计标准(BS5950-5:1998)对帽形截面简支檩条受压翼缘局部屈曲稳定系数进行计算分析表明:我国规范在腹板翼缘宽度比小于1.5时偏于不安全,大于1.5时偏于保守,而英国规范相对比较安全。在参数分析的基础上,提出了考虑板组相关的帽形截面简支檩条受压翼缘弹性局部屈曲稳定系数计算公式,建议公式可供工程设计和修订规范参考。     

I型组合梁截面的局部与整体相关屈曲

在弯扭失稳(LTB)和受压翼缘局部失稳(FLB)2种极限状态下,根据钢结构规范(AISCLRFD360-10)得到的具有紧密腹板且没有紧密翼缘或细长翼缘的I型梁截面的名义受弯承载力可能偏低。该方法的主要假设是LTB和FLB是2个独立的状态,之间无相互作用。本文采用ABAQUS建立三维有限元模型对没有紧密翼缘或细长翼缘的I型梁进行非线性分析。通过估算具有不同翼缘长细比的局部屈曲的I型组合钢梁的抗弯承载力,以验证AISC-LRFD方法的适用性。研究发现整体和局部屈曲能力相差加大,故应考虑FLB和LTB之间的相关屈曲作用;对本文给出的梁还应考虑其局部屈曲后性能。     

冷弯薄壁卷边槽钢压弯构件局部屈曲滞回性能研究

利用经试验验证的冷弯薄壁卷边槽钢压弯构件ABAQUS有限元模型对板件宽厚比和轴压比对其在常轴力、低周往复荷载作用下的屈曲和滞回性能影响进行分析.分析结果表明,宽厚比、轴压比对于构件初始刚度影响较小;构件屈曲后,宽厚比、轴压比越大,对构件滞回性能影响越显著.冷弯薄壁卷边槽钢压弯构件发生局部屈曲破坏仍具有良好的滞回性能和抗...     

T形截面压杆的腹板局部屈曲

《结构设计规范》（ＧＢＪ１７－８８）对Ｔ形截面压杆腹板高厚比的限值规定得过严,影响剖分Ｔ型钢的推广应用。分析表明：Ｔ形截面压杆板件相关屈曲的临界应力等同于杆件绕剪心轴扭转屈曲的临界应力。当杆件满足弯扭屈曲验算要求后,一般无须再对局部稳定进行验算．但是,高厚比很大的硬板也有可能单独屈曲,因而仍然需要对腹板高厚比加以限制。为此提出了相应的建议。此外,还对Ｔ形截面压弯构件的腹板稳定进行了分析。     

卷边槽钢的局部相关屈曲和畸变屈曲

冷弯卷边槽钢的局部屈曲不仅具有相关性,并且有两种可能形式,即一般意义的局部屈曲和畸变屈曲。虽然两种屈曲模式各有其不同特点,为了便利设计工作,可以把它们结合起来考虑。本文分析指出,当卷边翼缘采用屈曲系数3.0,且卷边宽度足够大时,畸变屈曲不控制设计并可纳入局部屈曲计算之中。建议方法和出自三个不同来源的试验资料符合得很好。     

高强钢焊接方形截面偏压构件整体和局部相关屈曲承载力分析

采用有限元软件ANSYS分析了Q460钢宽厚比超限的焊接方形截面偏压构件的极限承载力,研究了板件宽厚比、构件长细比和偏心距对构件极限承载力的影响。基于数值模拟结果,提出了适用于Q460钢宽厚比超限焊接方形截面偏压构件极限承载力的计算方法。研究结果表明,考虑几何缺陷及残余应力的有限元模型能准确地预测焊接箱形截面偏压柱局部-整体相关屈曲的极限承载力;宽厚比超限的高强钢压弯构件的Pu/Py与Mu/Mp相关曲线基本为直线,且随着板件宽厚比(或构件长细比)的增大,Pu/Py和Mu/Mp不断下降。提出的建议计算方法与有限元计算结果符合良好。     

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。     

高强钢方管截面双向压弯构件局部和整体相关屈曲研究

采用ANSYS软件建立的考虑初始几何缺陷和残余应力影响的有限元模型分析了板件宽厚比、构件长细比以及荷载相对偏心率对构件极限承载力的影响;提出了利用有效屈服强度系数来计算构件极限承载力的建议公式。研究表明:板件宽厚比(或构件长细比)增大均会导致构件无量纲极限承载力减小,且无量纲极限承载力的减幅会随偏心率的增大而减小;偏心率增大也会使构件无量纲极限承载力减小;构件弯矩-轴力相关曲线大致呈线性变化;建议公式计算结果与有限元计算结果吻合较好。     

发生畸变屈曲的纵向加劲板的受压试验

采用厚4.0mm,名义屈服应力为235.0MPa的中厚钢板制作板件,并分别设置不同刚度的纵向加劲肋,对此纵向加劲板进行受压破坏试验。对发生畸变屈曲或局部与畸变相关屈曲的纵向加劲板的受压极限承载力和性能进行试验和理论研究,结果表明:临界屈曲模式主要取决于纵向加劲肋的刚度和母板的宽厚比。对于某些加劲板,局部屈曲和畸变屈曲之间的相互作用非常明显。畸变屈曲构件和局部与畸变相关屈曲构件展示了较大的后屈曲强度。研究纵向加劲板的的畸变屈曲强度曲线。采用直接强度法提出设计强度简化公式,用于考虑纵向加劲板的畸变屈曲及局部与畸变相关屈曲。将强度曲线与试验和有限元结果对比,验证了曲线的正确性。通过试验研究,得出有关纵向加劲板的屈曲性能的一些结论。     

异形截面轴心受压铝合金构件屈曲性能试验研究

采用试验与数值模拟相结合的方法,研究了异形截面铝合金受压杆件的屈曲破坏模态和屈曲承载力问题,并将试验结果、数值模拟结果以及《铝合金结构设计规范》中相关公式的计算结果进行了对比.结果表明,数值模拟结果与试验结构吻合较好,证明了有限元模型的正确性,并可采用该模型进行异形截面铝合金构件屈曲性能参数分析;规范所研究异形截面铝合金构件没有区分屈曲破坏类型的影响,屈曲承载力的计算结果偏小.     

Elastic interactive buckling strength of corrugated steel shear wall under pure shear force

Different ways have been presented to prevent elastic buckling of steel shear walls. One of these solutions is corrugated shear wall. In this type of wall, shear buckling strength increases without increasing the thickness of the panel. Numerical modeling results indicate that, always, shear buckling strength of corrugated panels is more than the flat panels and with the right choice of the geometric parameters of corrugated panels; without increasing the thickness of the panel, we can improve buckling strength significantly. In the trapezoidal corrugated panels, reducing the width of the subpanels do not always increase buckling strength of the panel, but it changes the panel buckling shape from the local buckling mode to the global buckling. In addition, in panels, with the low width of the subpanels, elastic buckling does not happen in the subpanels. Comparing numerical analysis with the theoretical relations showed that the results of numerical analysis with the relations that include local buckling, global buckling, and shear yielding stress, have a better approximation and in another word, interaction buckling is the combination of the local buckling, global buckling, and shear yielding stress.     

金属圆弧拱型波纹屋顶屈曲破坏位置简化计算

利用力学原理对金属圆弧拱型波纹屋顶屈曲破坏位置进行了分析,求得一种简化计算的方法。其简化计算结果与试验和有限元计算结果进行对比验证,得出了一些结论。这些结论可为此类大跨度金属圆弧拱型波纹屋顶的设计计算、加工制作等提供有益的参考。     

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压柱畸变屈曲试验研究

本文对550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件畸变屈曲性能进行了试验研究,17根试件的试验结果表明:由于试件局部屈曲一般发生在畸变屈曲之前,促使畸变屈曲提前出现,这种相关作用减弱了构件整体刚度,降低了构件承载力;澳洲规范AS/NZS 4600:1996及北美规范NAS 2004中关于发生畸变屈曲构件承载力的计算方法没有考虑局部屈曲和畸变屈曲相关作用的不利影响。依据试验结果本文提出了一种修正直接强度法的建议计算方法,该法计算结果与试验结果较为接近且偏安全。     

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件畸变屈曲性能研究

建立了考虑材料和几何双重非线性的550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件畸变屈曲性能分析的有限元模型,并通过对两种厚度高强冷弯薄壁型钢轴压构件畸变屈曲试验已有结果的分析比较验证了其有效性;采用该模型进一步分析了厚度、长度、初始缺陷模式及幅值等参数对畸变屈曲轴压构件承载力的影响,并对轴压构件畸变屈曲发生机理进行了探讨。结果表明：厚度、长度和初始缺陷模式是影响畸变屈曲轴压构件承载力的主要因素,且卷边面内屈曲是槽形截面轴压构件发生畸变屈曲的主要原因。通过理论计算与试验结果的对比分析,表明可以采用建议方法计算此类复杂截面轴压构件的畸变屈曲承载力。     

铝合金工形截面短柱轴压局部稳定试验研究

为研究铝合金工形截面轴压构件的局部稳定性能,对15根工程中常用大截面铝合金6061-T6和6063-T5轴压短柱试件进行试验研究,并对12组48个材性试样进行拉伸试验。研究了材料的力学性能、试件的局部几何初始缺陷、变形性能、局部屈曲荷载、轴压承载力等,并将试验结果与各国规范中设计方法计算结果进行对比。试验结果表明：铝合金6061-T6强度与普通钢材相当,但延性较差;铝合金挤压型材的局部几何初始缺陷很小,远小于规范中给定数值;板件宽厚比越大,局部屈曲发生越早,破坏时材料的强度越得不到充分发挥,但是局部屈曲后材料强度仍有较大的提高;翼缘和腹板之间存在相互作用;中国规范、欧洲规范、美国规范和澳大利亚/新西兰规范均低估了试件的轴压承载力,其中美国规范计算结果与试验结果最接近。因此,对于板件宽厚比大的试件,应充分利用其屈曲后强度,各国规范得到的承载力计算结果均较保守。     

Shear buckling of thin-walled channel sections

The elastic buckling stresses of channel sections with and without lips and subject to shear forces parallel with the web are determined, where computational modelling of the thin-walled steel sections is implemented by means of a spline finite strip analysis. Both unlipped and lipped channels are studied, where the main variables are flange width, different boundary conditions and shear flow distribution. The channel sections are also analysed at different lengths, to investigate the effect of length/width ratio on the critical shear buckling stresses. Comparisons between cases and with classical solutions are included in this paper.     

高强度等边角钢轴心受压局部稳定的有限元分析和设计方法研究

随着钢结构的发展,高强度热轧等边角钢在钢结构中的应用逐渐增多,如输电铁塔和大跨度桁架等。然而由于强度的提高,较多数量角钢截面的等效宽厚比超过规范的限值,不满足局部稳定的要求。我国现行规范尚未对这一问题给出明确规定。运用通用有限元软件ANSYS建立有限元模型,准确模拟构件的残余应力和几何初始缺陷,对15个高强度热轧等边角钢轴心受压构件的局部稳定受力性能进行有限元分析,并与相应的试验结果进行对比。比较结果表明,建立的有限元模型能够准确模拟几何初始缺陷和残余应力对构件局部稳定受力性能的影响,从而准确地分析计算高强度热轧等边角钢轴心受压构件的局部稳定受力性能。利用已验证的有限元模型,对高强度热轧等边角钢轴心受压构件的局部稳定受力性能进行有限元参数分析,并与美国规范和欧洲规范的设计方法进行对比。结果得到:几何初始缺陷和残余应力对于高强度热轧等边角钢轴心受压构件局部稳定承载力的影响比普通钢材受压构件小;美国钢结构设计规范能够更准确的计算Q420等边角钢轴心受压构件的局部稳定承载力。     

纵向变厚度钢板焊接工字形截面受压短柱的局部稳定试验研究

纵向变厚度(LP)钢板是一种沿轧制方向具有不同厚度钢板的钢材,可用于优化结构的力学性能和提高材料利用率。为研究其局部稳定性能,设计了6根LP翼缘焊接工字形截面短柱,6根LP腹板焊接工字形截面短柱和4根传统等厚度焊接工字形截面短柱,并进行了轴向受压试验。试验研究中确定板临界屈曲荷载的两个主要屈曲准则,同时分析了破坏模式、荷载-侧向变形曲线、荷载-应变曲线和极限荷载,研究LP短柱的局部屈曲行为,得到试件更容易在LP钢板的薄端发生屈曲破坏。将试验结果与现有等厚度板设计规范计算结果进行比较可得,现有等厚度板的设计规范预测腹板变厚度短柱的极限荷载偏于危险,而对于翼缘变厚度短柱欧规EN 1993-1-5能较为准确预测,但需要进一步的数值模拟去验证,从而进一步提出修正公式或者修正系数来指导设计。     

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。     

Lateral bracing of I-girder with corrugated webs under uniform bending

Lateral-torsional buckling may occur in an unrestrained beam where its compression flange is free to displace laterally and rotate. This paper presents the results of the theoretical and finite element analyses of the lateral-torsional buckling of I-girders with corrugated webs and lateral bracing, under uniform bending. It is well known that an elastic lateral brace restricts partially the lateral buckling of slender beams and increases the elastic buckling moment. However, a full study of the effect of lateral braces on lateral-torsional buckling has not been made especially for I-girder with corrugated webs. This paper develops a three-dimensional finite element model using ANSYS [User’s manual, version 10.0] for the lateral-torsional buckling analysis of I-girder with corrugated webs and uses it to investigate the effects of elastic lateral bracing stiffness on the critical moment of simply supported I-girders with corrugated webs under pure bending. It was found that for plastic and inelastic I-girder with corrugated webs, the effect of bracing initially is increased to some extent as the lateral unbraced length increases and then decreased until the beam behaves as an elastic beam. In other words, the effect of bracing depends not only on the stiffness of the restraint but also on the modified slenderness of the I-girder. Also, the results show that Winter’s simplified method to determine full brace requirements cannot be applied to I-girders with corrugated webs. Therefore, a general equation is proposed to determine the value of optimum stiffness (K_opt) in terms of the I-girder’s slenderness.