不锈钢压弯构件整体稳定性能有限元研究与承载力计算方法

该文采用有限元软件ANSYS建立了焊接不锈钢压弯构件有限元模型,并基于试验结果验证了该模型的有效性。采用经验证的有限元模型分析了残余应力和几何初始缺陷对构件整体稳定性能的影响,并在广泛的截面等级、荷载偏心和长细比组合下进行了参数分析以产生足够的数据点。最后,利用有限元分析结果对我国现行《不锈钢结构技术规程》（CECS 410―2015）中的计算方法进行评价,并给出了提高计算精度的改进方法。结果表明:CECS 410―2015中的计算方法对于不锈钢焊接工字形和箱形截面压弯构件整体稳定承载力的预测均偏于保守,改进的计算方法能够更精确地预测不锈钢焊接工字形和箱形截面压弯构件的整体稳定承载力。     

波浪腹板变截面压弯构件稳定承载力设计方法和试验研究

波浪腹板变截面压弯构件用做边柱铰接的门式轻钢结构中,主要承担弯矩、剪力与轴力。该文基于现行《门式刚架轻型房屋钢结构规程》CECS102:2002中的相关公式,建立了波浪腹板变截面压弯构件平面内稳定承载力与平面外稳定承载力的设计公式。进行了大量的有限元数值计算,其中通过变化构件的几何设计参数并考虑了各种缺陷(几何初始缺陷与残余应力)的影响,验证了所建立的设计公式的可靠性。进行了两根变截面波浪腹板构件的压弯稳定承载性能的试验研究,考察了其失稳机理及稳定承载力,并与有限元数值分析结果吻合较好。     

碳纤维增强压弯构件弹塑性失稳解析解

基于计算压弯构件弹塑性失稳的Je■ek法,推导了在轴压和弯矩共同作用下拉压侧粘贴碳纤维片材后矩形截面柱绕强轴失稳时极限荷载的计算公式,通过与有限元解进行对比,表明该解析解是正确的,它为构件弹塑性屈曲的基础理论研究提供了一个新的分析方法。计算结果表明,构件横截面进入塑性的区域越大,这种碳纤维的增强效果越为明显,可见,表面粘贴碳纤维对提高构件弹塑性极限荷载是十分有效的。     

新型卷边钢板组合截面PEC柱(强轴)滞回性能试验研究

为进一步改善现行薄壁钢板组合截面PEC柱构件双向不等刚度和翼缘局部屈曲过于集中等力学性能缺陷,该文提出了采用翼缘钢板卷边的新型卷边钢板组合截面PEC柱类型。以拉结板条间距作为基本参数,对4个按新型卷边钢板组合截面强轴布置的足尺试件进行了恒定竖向荷载下的水平低周反复荷载试验,观察了试验过程中PEC柱卷边钢板组合截面翼缘钢板局部屈曲和混凝土部分裂缝开展与压溃发展过程,得到了试件的荷载-位移滞回曲线。根据试验结果分析了PEC柱的承载力、抗侧刚度、耗能与延性、变形模式与破坏模态等力学性能。结果表明:试验卷边PEC柱试件充分发挥了薄板局部屈曲后性能,具有优越的变形与耗能能力;构件的破坏模式为柱脚部位卷边钢板组合截面翼缘局部屈曲部位不断扩展和伴随混凝土大面积压溃。     

L形截面钢筋混凝土柱的空间有限元计算

作者对等肢L形截面钢筋混凝土柱,在压弯和小扭矩共同作用下进行试验工作和有限元计算。结果表明：扭矩对于异形截面的大长细比构件的截面承载力,具有一定的影响。特别是在裂纹出现之后,扭矩将会加速构件的破坏。空间有限元程序考虑了混凝土单元开裂、压屈、压碎及钢筋屈服对刚度矩阵的作用,模拟了试件变形直至破坏的过程。对柱的数值计算符合试验分析的结果。     

Q345GJ钢(中)厚板H形及箱形柱残余应力与轴压稳定承载力分析

采用条形切割法对三种截面规格的Q345GJ钢焊接H形和箱形截面残余应力进行测试,通过MATLAB拟合得到其简化的多折线分布模式,并与规范所取残余应力分布模式对比。对9根焊接H形和3根焊接箱形（中）厚板足尺构件进行轴压试验,获得构件整体稳定承载力。引入实测残余应力,通过ABAQUS进行Q345GJ钢轴压柱有限元分析,并与试验结果、规范计算结果进行对比,同时开展参数化分析获得轴压构件稳定曲线。试验及分析结果表明:Q345GJ钢H形和箱形截面采用多折线简化分布模式更符合残余应力实测结果;Q345GJ钢（中）厚板H形截面翼缘采用不分层或考虑分层的残余应力简化模式,对于构件绕弱轴稳定承载力影响不大;Q345GJ钢H形截面实测残余应力分布模式在翼缘自由端处与规范有较大区别,构件在正则化长细比为0.4~1.1区段的稳定承载力有下降趋势。     

考虑板件相关作用的H形截面分类准则

截面分类是当代钢结构设计规范的重要基础之一,对国内外现行钢结构规范关于H形压弯钢构件截面分类的相关规定进行了综述,对比发现大多数规范都遵循单一板件规则。基于经试验校准的非线性有限元模型,进行了不同翼缘宽厚比、腹板宽厚比及轴压比组配下的H形截面钢构件绕强轴压弯的参数分析,得出不同的宽厚比及轴压比可导致不同的板件破坏模态和极限承载力,进一步证实了板件相关作用对截面分类的影响。提出了基于极限承载力的H形截面钢构件绕强轴压弯下S2、S3、S4和S5级截面分类方法。经与各规范及试验结果的比较,该文截面分类方法更贴近截面的真实承载情况,更加证实了考虑板件相关作用的必要性。     

考虑板件相关作用的H形截面压弯钢构件抗弯承载力

对H形截面钢构件绕强轴压弯的极限抗弯性能展开研究。基于经实验校准的非线性有限元模型,进行了不同翼缘宽厚比、腹板宽厚比及轴压比组配下的H形截面钢构件的单调压弯全过程的参数分析,并对破坏模式进行了机理分析。研究表明,翼缘与腹板存在明显的相关作用,而板件屈曲形式决定了极限状态的应力分布形式,因此计算极限承载力时应考虑板件相关作用。以极限状态的应力分布特点为基础,提出了考虑板件塑性阶段屈曲相关作用的有效塑性宽度法计算截面的极限抗弯承载力。经与实验及有限元极限承载力的比较,显示该方法能够准确预测H形截面压弯构件的极限承载力。     

薄壁钢板组合截面PEC柱抗震性能的足尺试验研究

为了研究薄壁钢板组合截面PEC柱(强轴)在恒定竖向荷载下的抗震性能,通过了解国内外在PEC组合柱研究领域的现状,对3 个变化混凝土强度的薄壁钢板组合PEC柱足尺试件进行了恒定轴压下水平循环荷载试验.观测记录了各个试件受力阶段的外在混凝土裂缝与压溃和薄壁钢板组合截面翼缘钢板局部屈曲现象,得到了试件的荷载-位移滞回曲线.根据试验结果分析了试件的抗侧刚度、裂缝开展与破坏模式、试件的抗震延性与耗能等力学性能.结果表明:试验试件具有较高的承载能力和较好的延性与耗能性能;构件的破坏模式为薄壁钢板组合截面翼缘发生局部屈曲、柱脚混凝土压溃和拉结筋屈服甚至拉断.     

高温后中空夹层钢管混凝土柱压弯机理分析

为了研究高温后中空夹层钢管混凝土压弯柱力学性能,该文设计24根压弯构件,选取合适的本构参数,利用ABAQUS有限元软件进行分析,并与相应的试验参数作对比,有限元结果与相应的试验结果对比吻合良好。该文中设置轴压比、温度、空心率等参数并研究其对跨中P-Δ曲线的影响。该文对高温后中空夹层钢管混凝土压弯柱工作机理和破坏模态进行分析,结果表明:随着温度的升高、轴压比的变大,构件横向承载能力变小。随着温度的升高,轴压比的变小,构件的位移延性变好。不超过500℃时,构件抗弯承载能力随着空心率的变大而变小,超过500℃,构件抗弯承载能力随着空心率的变大而变大,但空心率对构件抗弯能力的影响不大。