高强钢焊接箱形轴压构件整体稳定设计方法研究

与普通强度钢材轴压构件相比,高强钢轴压构件的整体稳定承载力受构件初始缺陷,特别是受截面残余应力的影响显著降低,其整体稳定系数明显提高。国内外现行的钢结构设计规范制定的柱子曲线均是基于普通强度钢材构件的研究,现有针对高强钢轴压构件整体稳定性能的少量研究仅针对特定强度等级钢材提出了设计建议或方法。为研究不同等级高强钢轴压构件的整体稳定设计方法,全面总结了国内外现有高强钢焊接箱形截面轴压构件的试验研究,并采用三维有限元模型模拟了试件的整体稳定性能,分析过程考虑了几何初始缺陷、残余应力以及几何和材料非线性的影响。利用验证后的数值模型进行了大量参数分析,算例包括8种钢材强度等级、6种截面尺寸以及长细比不同的构件。结果表明,高强钢焊接箱形轴压构件的整体稳定性能随强度等级提高而提高。根据数值计算结果与我国钢结构规范设计曲线的对比分析,建议强度等级为Q460、Q500、Q550、Q620、Q690、Q800钢材焊接箱形轴压构件(板厚小于40mm)按b类曲线进行设计,Q890和Q960的钢材焊接箱形轴压构件(板厚小于40mm)按a类曲线进行设计。此外,还提出了更新的柱子曲线公式。     

高强钢薄壁箱形截面压杆稳定性研究

基于薄板的弹塑性大挠度有限元理论,综合考虑几何缺陷和力学缺陷,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比对高强钢薄壁箱形截面构件稳定性的影响。以翼缘宽厚比,腹板高厚比,构件长细比为三个参数,提出了考虑局部和整体相关屈曲的高强钢薄壁箱形截面构件极限承载能力的空间曲面方程,可以为设计提供参考。     

高强钢薄壁箱形截面压弯构件极限承载力研究

利用数值模拟方法分析了18Mn2Cr Mo BA高强钢薄壁箱形截面(由槽形钢板对焊而成)压弯构件的极限承载力,研究了长细比、翼缘宽厚比、截面边长比3个参数对薄壁箱形截面构件极限承载力的影响。在数值模拟计算和对轴心受力、受弯构件研究的基础上,提出了适用于18Mn2Cr Mo BA高强钢薄壁箱形截面压弯构件极限承载力的计算方法。研究结果表明:随着长细比的增大,弯矩-轴力相关曲线由上凸变为下凹,翼缘宽厚比、截面边长的增大都会降低构件极限承载力,各参数之间相互影响。提出的建议计算方法与有限元计算结果符合较好。     

高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件的稳定承载力

采用ANSYS软件建立有限元模型分析了Q460钢焊接薄壁箱形截面双向弯曲压弯构件的极限承载力。分析中考虑几何缺陷和材料缺陷,以及几何非线性和材料非线性的影响。同时,研究了构件长细比和板件宽厚比对极限承载力的影响;探明构件达到极限承载力时真实的应力分布状态;提出了采用毛截面计算其承载力的简单计算公式;收集可获得的试验结果以验证提出的计算公式。研究表明,建立的有限元模型能够很好地模拟焊接箱形截面双向偏心压弯构件的局部-整体相关屈曲性能;在大部分情况下,无量纲极限承载力与构件长细比和板件宽厚比近似为线性关系;构件达到极限承载力时还处于弹性阶段;轴力和双向弯矩之间的相关曲线也近似为线性;引入屈服强度修正系数后,基于线性相关关系的计算公式能够很好地预测Q460钢薄壁双向压弯构件的极限承载力;该公式还可推广到普通钢构件和更高强度的钢构件。     

高强钢焊接箱形截面压弯构件局部稳定试验研究

为研究高强钢压弯构件的局部稳定性能,对5个Q460C和5个Q690D钢焊接箱形截面构件进行了单向偏压试验,分析了其破坏形式、局部稳定性能以及承载力;将实测承载力与欧洲规范EN 1993-1、我国标准GB 50017—2017和美国规范ANSI/AISC 360-16相关公式计算结果相比较,以验证各规范对Q460C钢和Q690D钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度计算的适用性。研究结果表明：所有高强钢焊接箱形截面压弯构件均在柱中附近发生局部屈曲破坏;由轴向压力-轴向压缩变形或轴向压力-水平位移曲线可知,其为极值点失稳;构件的轴向压力-水平位移或轴向压力-应变曲线的形状和局部屈曲模式有关;在翼缘宽厚比为28.1～56.3、腹板高厚比为40.2～80.4、偏心距为20～50 mm范围之内,EN 1993-1和GB 50017—2017中的屈曲后强度计算公式仍然适用于Q460C和Q690D钢焊接箱形截面压弯构件,而ANSI/AISC 360-16中的相关公式需要进一步修正。     

高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件局部和整体相关屈曲试验研究

通过13个Q460C、Q550D和Q690D钢中长柱的双向偏压试验,研究了高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件的局部-整体相关屈曲性能和极限承载力;将极限承载力与美国、欧洲规范以及新提出的计算公式的计算结果相比较,以验证它们对高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件局部-整体相关屈曲计算的适用性。结果表明,在钢材名义屈服强度fy=460～690 MPa,板件宽厚比b/t=40～70,构件长细比λ=45～79,偏心距ex=ey=20～45 mm范围内,美国规范ANSI/AISC 360-16对较大长细比（λ=79）和Q690D钢较小宽厚比（b/t=40）试件的计算结果偏于保守;欧洲规范BS EN 1993-1-1对较小板件宽厚比（b/t=40）试件的计算结果偏于保守,对其余试件是安全的;使用新提出的有效屈服强度法所得到的计算结果和试验结果吻合良好;新提出的有效截面法对大部分试件的计算结果偏于保守。     

690MPa高强钢薄壁方形截面轴压构件承载力直接强度法研究

与有效宽度法和有效屈服强度法相比,直接强度法更简单.采用ANSYS有限元软件建立模型分析了名义屈服强度fv为690MPa高强钢薄壁方形截面轴压构件的极限承载力,并和直接强度法、修正的直接强度法相比较.主要参数:板件宽厚比b/t=23,30,40,50和60;构件长细比λ=20,30,40,50,60,70,80和90.研究结果表明:对fy=690MPa的薄壁方形截面(b/t＞20)轴压构件,采用直接强度法和修正直接强度法计算时,其稳定系数采用《钢结构设计标准》(GB 50017-2017)中的a类曲线;对长细比70≤λ≤90的构件,3种方法均偏保守;对长细比20≤λ＜70的构件,在大部分宽厚比范围内,Kwon等提出的修正直接强度法能较好地预测有限元计算结果,直接强度法偏于不安全,Shen Hongxia提出的修正直接强度法偏安全.     

大截面铝合金轴压构件整体稳定试验研究

随着大跨度铝合金结构的兴起,大截面铝合金构件的应用越来越广泛。为研究大截面铝合金轴心受压构件整体稳定性能,针对4个工字形6061-T6铝合金轴心受压构件和3个箱形6061-T6铝合金轴心受压构件进行了试验研究。试验中,以长细比为变量研究了构件的稳定承载力、破坏形态和荷载-位移曲线。并将试验结果与中国规范、欧洲规范和美国规范进行了对比。所有构件均发生典型的整体失稳破坏形态,中国规范与欧洲规范均对构件的承载力有明显低估,而美国规范较为准确地预测了试验结果。试验结果可为GB 50429—2007《铝合金结构设计规范》的修订提供建议。     

铝合金E形截面轴压构件整体稳定系数研究

针对门窗和幕墙工程中常用的铝合金E形截面轴心受压构件,根据有限元法计算结果,拟合得到了构件整体稳定系数实用计算公式。用它得到的计算结果接近且略小于采用英、美相应规范的计算结果,能更好地满足计算精度和安全度的工程设计要求。     

Q460高强钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定性能研究

为研究高强度钢材轴心受压钢柱的整体稳定性能,对5个国产Q460钢材焊接箱形截面柱进行了轴心受压试验研究。试验对试件的几何初弯曲、荷载初偏心以及截面的纵向残余应力分布均进行了测量。基于试验结果,分析了该类钢柱的失稳破坏形态和整体稳定承载力,建立了有限元分析模型并对试验结果进行模拟计算。研究结果表明：试件破坏模态均为整体弯曲失稳形态,大部分试件稳定承载力高于规范设计值;有限元分析模型能够准确地考虑几何初始缺陷和残余应力的影响,计算结果与试验结果吻合良好;通过与国内外钢结构设计规范的对比,提出了国产Q460高强钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定设计的建议方法,即可以统一采用我国或欧洲规范的b类曲线进行设计,而不需要按板件宽厚比大小进行分类。     

异形截面钢构件整体弯曲稳定研究

利用ANSYS有限元软件对三种异形截面纯弯钢构件进行了大量计算,并对计算结果进行分析拟合,得到了实用异形截面整体弯曲稳定系数近似计算公式.     

异形截面钢构件整体弯曲稳定研究

利用ANSYS有限元软件对三种异形截面纯弯钢构件进行了大量计算,并对计算结果进行分析拟合,得到了实用异形截面整体弯曲稳定系数近似计算公式。     

焊接薄壁箱形截面轴压柱设计方法探讨

本文分析了三种现行规范对焊接薄壁箱形截面(RHS)轴心受压构件的计算规定,并介绍了一种新的有效截面法。发现这四种方法,没有或者较少考虑了构件中整体屈曲和局部屈曲的相关作用。在详细介绍了一个最新的关于焊接薄壁箱形截面构件的轴压试验后,将按四种方法计算得到的结果与试验值进行了对比,并给出对于设计焊接薄壁箱形截面轴压柱的建议。     

奥氏体型不锈钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定性能试验研究

为了研究奥氏体型不锈钢材轴心受压构件的整体稳定性能,对6根奥氏体型不锈钢焊接箱形截面柱进行了轴心受压试验研究,在试验前对试件的几何初弯曲进行了测量,在试验过程中对荷载初偏心进行了量测。基于试验结果,分析了该类型构件的失稳破坏形态和整体稳定承载力,并与欧洲钢结构规范和中国钢结构规范进行了对比。结果表明此次试验数据高于欧洲钢结构规范和中国钢结构规范的设计曲线,设计曲线较为保守。     

Q550高强钢焊接箱形截面轴压构件局部稳定和相关稳定试验研究

针对Q550高强钢焊接箱形截面构件的局部稳定和相关稳定性能,对12个局部稳定试件和10个相关稳定试件进行轴压试验,对试件的初始几何缺陷和焊接残余应力分布进行测量。结合已有研究成果,提出一种焊接箱形截面残余应力分布模型,试验结果初步揭示了Q550高强钢焊接箱形截面轴压构件局部稳定和相关稳定的性能。     

Q690高强钢焊接箱形轴压构件整体稳定研究及设计建议

为研究Q690高强钢焊接箱形轴心受压构件的整体稳定性能,给出适合该类构件的设计建议,通过对3根Q690焊接箱形截面试件的残余应力试验,得到了箱形截面的残余应力分布模型。设计并制作了5根Q690焊接箱形柱,并对其两端铰支条件下进行了轴压试验研究,试验前分别对试件的几何初始缺陷和初始偏心均进行了测量。轴压试验中,所有试件破坏形式均为整体失稳破坏。基于试验结果,分析了该试件的整体稳定性能,采用直接分析法建立了数值模型,并校验了数值模型的准确性。同时,采用该数值模型对箱形轴压构件进行了参数分析,基于试验和参数分析结果,给出了Q690焊接箱形轴压构件的一阶弹性设计建议。     

高强冷弯薄壁型钢抱合箱形截面受压构件承载力试验研究

由两个槽形截面构成的抱合箱形截面在超薄壁冷弯型钢结构中应用广泛,但关于其承载力的计算只是将单个构件的承载力简单地数学叠加,并没有相应公式来考虑单个槽形截面构件之间的相互加强。对40根高强冷弯薄壁型钢抱合箱形截面受压构件进行试验研究,考察其受力特性及破坏特征,包括轴压构件21个,绕弱轴偏心和绕强轴偏心构件共19个。试验研究结果表明:抱合箱形截面构件由于两个槽形截面试件的相互约束作用,实测承载力比按单根构件计算承载力叠加结果提高10%～20%左右。最后,在试验和理论分析的基础上,针对高强冷弯薄壁型钢抱合箱形截面受压构件极限承载力提出了一种建议计算方法,依照建议计算方法所得结果与试验结果吻合较好,且偏于安全,可供实际设计参考。     

大型薄壁钢管构件的轴压稳定分析

采用非线性有限元方法对大直径薄壁钢管构件在轴压荷载下的受力性能进行了综合分析,考虑多种因素对大直径薄壁钢管轴压稳定承载力的影响。通过分析及参照相关规范提出了大直径薄壁钢管构件轴压稳定承载力的建议计算公式。     

冷弯薄壁型钢拼合箱形截面立柱轴压性能试验研究

对17根冷弯薄壁型钢拼合箱形截面立柱的轴压性能进行试验研究,截面分为A、B两类,得到了各试件荷载-位移曲线和破坏特征,并将试验结果与《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018-2002)“有效宽厚比法”和美国相关规范中“直接强度法”、“有效截面法”计算结果进行对比分析.结果表明:LC和MC系列立柱的破坏模式为整体弯曲屈曲,SC系列立柱则为局部屈曲和端部承压破坏;B类试件的最大承载力大于A类截面试件的最大承载力的2倍,即有“1+1＞2”的拼合效应;对于A类截面LC系列立柱,GB 50018和AISI规范公式计算结果过于保守,而对于MC和SC系列试件,公式计算结果与试验结果比较吻合;对于B类截面LC和MC系列试件,公式计算结果偏于不安全,而SC系列试件,公式计算最大承载力偏于安全.