开孔冷弯薄壁卷边槽钢畸变屈曲性能分析

畸变屈曲是冷弯薄壁卷边槽钢截面的一种主要屈曲模式,分析时应考虑截面板组间的相关作用,腹板提供给翼缘的约束作用是影响构件畸变屈曲性能的主要因素。腹板开孔后将导致应力的重分布,影响板件间的相关作用。本文在分析的过程中,以无孔构件的畸变屈曲理论为基础,应用ANSYS有限元软件对腹板开孔的冷弯薄壁卷边槽钢构件在轴心受压情况下的畸变屈曲性能进行了分析研究。讨论了孔洞横向间距、纵向间距、孔宽、孔型等参数对畸变屈曲性能的影响。除此之外,还分析了截面板件尺寸大小对截面畸变屈曲性能的影响。最后,根据有限元参数分析结果,给出了在腹板上设置孔洞时的一些建议。     

钢桥塔内部通行孔选型及有限元分析

钢桥塔内部通行孔对受压壁板力学性能产生不利影响。基于有限元分析,研究不同孔洞形状和孔洞大小对单轴受压开孔板弹性应力分布、弹性屈曲和弹塑性屈曲三方面性能的影响。结果表明:除圆孔外的其他各种孔型板,孔洞形状对开孔板弹性屈曲应力和弹塑性极限强度影响不大,但其对应力集中系数影响较大,其中,圆角矩形孔、长圆形孔和椭圆形孔板的应力集中系数较低。实际情况中,圆角矩形孔和长圆形孔板是钢桥塔内部通行孔的首选。但当孔径较大时,应采取孔洞补强措施来保证大孔径板件的力学性能满足设计要求。     

矩形钢管混凝土壁板的屈曲后强度

为研究矩形钢管混凝土壁板的屈曲后强度,根据平板的弹塑性屈曲理论并考虑残余应力的影响,确定了板件发生塑性屈曲、弹塑性屈曲和弹性屈曲的正则化界限宽厚比。采用试验验证的有限元模型进行了宽厚比为20～150、钢材屈服强度为275～960 MPa的矩形钢管混凝土壁板局部屈曲分析,以界限宽厚比为控制点,根据有限元结果拟合出了矩形钢管混凝土壁板的有效宽度计算式。研究结果表明：弹性屈曲板件的屈曲后强度提高程度显著高于弹塑性屈曲板件;屈曲后强度的提高程度与钢材屈服强度无明显相关性;与无面外约束钢板相比,混凝土的单侧约束作用可使板件的屈曲后强度普遍提高约50%;提出的矩形钢管混凝土壁板的正则化界限宽厚比和有效宽度计算式与试验结果吻合较好,有效宽度试验值比所提公式计算值平均增大7.2%,标准差为0.091。     

我国钢结构设计规范中梁宽厚比限值问题的讨论

根据板件稳定理论可以知道，板件宽厚比较大，可能导致板件的局部屈曲先于整体屈曲发生，从而影响构件的整体承栽力，因此需要对板件的宽厚比进行限制。本文通过分析我国规范GB50017中对梁翼缘腹板宽厚比限值的理论推导，以及与北美规范中的宽厚比限值比较，发现我国规范中宽厚比限值偏于保守。     

Post-buckling strength of rectangular concrete-filled steel tube panels

为研究矩形钢管混凝土壁板的屈曲后强度，根据平板的弹塑性屈曲理论并考虑残余应力的影响，确定了板件发生塑性屈曲、弹塑性屈曲和弹性屈曲的正则化界限宽厚比。采用试验验证的有限元模型进行了宽厚比为20~150、钢材屈服强度为275~960 MPa的矩形钢管混凝土壁板局部屈曲分析，以界限宽厚比为控制点，根据有限元结果拟合出了矩形钢管混凝土壁板的有效宽度计算式。研究结果表明：弹性屈曲板件的屈曲后强度提高程度显著高于弹塑性屈曲板件；屈曲后强度的提高程度与钢材屈服强度无明显相关性；与无面外约束钢板相比，混凝土的单侧约束作用可使板件的屈曲后强度普遍提高约50%；提出的矩形钢管混凝土壁板的正则化界限宽厚比和有效宽度计算式与试验结果吻合较好，有效宽度试验值比所提公式计算值平均增大7.2%，标准差为0.091。     

非均匀受压矩形钢管混凝土局部弹性屈曲分析

应用不同的特征函数描述了矩形板在非均匀压力作用下的屈曲形态,解决了采用三角级数为屈曲函数模拟非均匀受压荷载作用下单侧表面约束矩形板件屈曲模态的不对称问题;通过伽辽金法建立屈曲控制方程组,分析了非均匀荷载作用对矩形钢管混凝土构件局部弹性屈曲性能的影响。结果表明:钢管屈曲系数随着不均匀荷载梯度α增加而增大,纯弯作用下（α=2）的板件弹性屈曲荷载特征值约为轴压作用下的6倍;钢板的宽厚比限值随不均匀加载梯度α的增大而增加;非均匀荷载作用下非加载边固支约束板件的屈曲系数明显大于简支约束的板件。     

对边弹性支承夹层玻璃板剪切屈曲分析

玻璃板与框架之间采用结构胶粘接形成的线支承连接,会因结构胶的弹性约束效应而影响玻璃板的剪切屈曲行为.本文通过有限元模拟研究了对边弹性支承夹层玻璃板在面内剪切荷载作用下的屈曲响应,分析了玻璃板长宽比、结构胶面内约束刚度、垫块几何尺寸及垫块弹性模量对夹层玻璃板剪切屈曲的影响规律.在理想简支、固支边界板件受剪屈曲临界荷载计算公式的基础上,引入考虑边界弹性约束刚度与板件厚高比的参数β,提出了对边弹性支承夹层玻璃板的剪切屈曲系数计算公式.经与工程常用夹层玻璃板的剪切屈曲临界荷载有限元分析值对比,表明计算公式安全可靠,可为工程应用提供参考.     

钢桁架的次弯矩和板件宽厚比

通过考察钢桁架拉杆和压杆在次弯矩作用下板件受压屈服而屈曲的可能性,阐明对拉杆板件的宽厚比没有必要加以限制。压杆的板件宽厚比也只是在很窄范围内,即杆件屈曲不起控制作用的情况下,需要从严控制。     

薄壁开孔矩形钢管轴压下局部稳定分析

局部屈曲是薄壁矩形钢管的一种主要屈曲模式,分析时应考虑板组间的相关作用。开孔后,将导致应力重分布,进而改变构件的屈曲性能。应用ANSYS有限元软件对薄壁开孔矩形钢管构件轴压下的局部屈曲性能进行了分析研究,讨论了板件宽厚比、翼缘腹板宽度比、开孔率等参数对局部屈曲性能的影响。     

纯弯状态下蜂窝梁腹板的弹性屈曲分析

针对蜂窝梁腹板在纯弯状态下的弹性屈曲,利用ANSYS 15.0建立了正六边形孔蜂窝梁腹板在纯弯应力状态下的有限元模型,研究了四边简支开孔板在纯弯状态下的屈曲模式,分析了孔洞尺寸对蜂窝梁腹板屈曲临界应力的影响,提出了纯弯状态下开孔板的屈曲系数计算式,得到了蜂窝梁开孔腹板在纯弯状态下的高厚比限值。研究表明:无论开孔数目多少,最大平面外屈曲位移均发生在各孔洞正上边缘;蜂窝梁腹板高厚比是影响开孔板屈曲临界应力的主要因素,建议对于弯矩作用较大的蜂窝梁腹板取0.6γ0.7,0.7β0.8的孔洞尺寸容易实现稳定性和经济性要求(γ为孔高比,β为距高比);拟合出的开孔板屈曲系数计算式,误差不超过5%,具有良好的精度。     

腹板开洞工字形截面拱的平面外弹性屈曲性能分析

用ANSYS有限元软件模拟分析了腹板开洞工字形截面圆弧拱在径向均布荷载作用下的平面外弹性屈曲性能。计算了在不同孔洞半径、孔洞间距、矢跨比、高厚比等参数下的屈曲荷载。得出腹板开洞工字形截面拱的平面外屈曲荷载随着孔洞半径的增大而减小,随着孔洞间距的增大而增大,通过研究孔洞的优化截面和弹性屈曲荷载,从中发现可以通过一种修正的弹性屈曲荷载建立优化准则来评价开洞拱的结构效率,孔洞半径在腹板高度的25%到35%之间时,结构的效率最高。     

冷弯型钢板件相关屈曲和极限承载力

冷弯型钢板件相关屈曲的精确计算十分复杂。本文基于盈亏相抵的概念导出板件约束系数的近似计算公式,比已有公式简便。经过矩形管短柱试验数据的分析,加上其他截面的现成资料,可知板件在屈曲后仍然存在相关性,确定受压极限承载力时应该计及这种相关性。     

变截面H型钢柱相关屈曲性能研究

采用板壳单元离散变截面H型钢柱,并同时考虑构件整体与局部初始缺陷、残余应力、材料屈服、几何非线性等因素的影响。根据数值分析的结果,重点研究了腹板宽厚比、腹板楔率、翼缘宽厚比、长细比等参数对板件局部屈曲与构件整体稳定的影响,总结了压力作用下变截面H型钢柱局部屈曲、整体屈曲和相关屈曲的发展过程以及影响因素。     

边缘加劲板件有效宽厚比设计方法中的板组效应研究

本文根据能量原理,建立了边缘加劲板件的弹性屈曲理论和卷边槽形截面薄壁构件的板组相关屈曲理论。通过屈曲理论分析,得到了非均匀受压边缘加劲板件的屈曲系数及其反映板组效应的约束系数,并将其引入新修订的《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018)的有效宽厚比设计方法中。本文介绍了50根冷弯薄壁型钢受压构件试验,并按修订后的规范方法进行了试件承载力计算,计算值与试验值比较,偏于安全。将考虑板组效应的有效宽厚比设计方法与国内外现行规范设计方法相比较,具有优越性。     

卷边翼缘工形构件在压弯荷载作用下的稳定承载力设计理论

卷边工形截面构件作为一种高效型材,在弯矩与轴力共同作用下的破坏模型常常是伴随板件局部屈曲的整体失稳。利用板壳有限单元法,研究卷边工形截面构件在板件局部屈曲下的构件整体稳定承载力,建立其稳定承载力设计公式。首先,通过设计大量算例,研究了截面宽高比、腹板高厚比、翼缘宽厚比等截面参数对短柱承载性能的影响,其中考虑了板组之间屈曲的相关作用,获得了考虑板组局部屈曲特性的短柱稳定承载力相关公式。在短柱板件局部失稳承载力研究的基础上,计入构件长细比对长柱面内和面外稳定承载性能的影响,通过数值分析建立了卷边工形构件在压弯荷载作用下的稳定承载力设计公式。     

高强钢焊接箱形截面双向压弯构件屈曲后强度设计方法研究

相比于《钢结构设计规范》(GB 50017—2003),《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)取得了较大的进步,允许板件先于构件发生屈曲,并利用了板件屈曲后强度。GB 50017—2017对轴心受压构件、受弯构件和单向压弯构件均给出了屈曲后强度计算公式,但对双向压弯构件却未给出计算公式。分析了已有的高强钢压弯构件屈曲后强度计算方法,基于GB 50017—2017中的压弯构件稳定承载力计算公式,提出了双向压弯构件屈曲后强度计算公式,收集已有高强钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度的试验和有限元结果以验证公式的有效性。研究结果表明,提出的计算公式能在大部分构件长细比和板件宽厚比范围内偏于保守地预测名义屈服强度为460 MPa和690 MPa的高强钢焊接箱形截面双向压弯构件的屈曲后强度。     

高强度钢材箱形柱滞回性能试验研究

为研究Q460高强度钢材箱形柱的抗震性能,对5个足尺试件进行了水平往复加载试验研究,分析了板件宽厚比、轴压比等因素对试件的承载力、破坏模式、耗能能力、变形能力和延性的影响。试验结果表明,Q460高强度钢材箱形柱具有很好的耗能能力和抗震性能,适用于抗震钢框架;除试件HB-1外其他试件本身及其柱脚节点均未发生焊缝开裂,证明设计合理、质量合格的Q460高强度钢材焊缝连接具有足够的承载力和良好的抗震性能;板件宽厚比越大,试件局部屈曲出现得越早,最大荷载对应的位移级越小,达到破坏时的位移级也越小;试件发生局部屈曲的范围及屈曲中心位置相对于试件截面高度的比值依次减小,所有试件最大屈曲位置距固定端0.25B~0.50B（B为等边箱型截面外边长）,塑性区范围距离固定端0.72B~1.06B。根据试验结果,建议在轴压比不大于0.2时,Q460钢材箱形截面压弯构件板件宽厚比限值不应大于30;同时,钢框架柱在进行抗震设计时,其板件宽厚比限值应与轴压比相联系,轴压比越大,板件宽厚比限值应越小。     

各国规范轴心受压构件相关稳定设计方法对比分析

钢结构轴心受压构件在板件宽厚比超过一定范围时会发生整体局部相关失稳。介绍美国、欧洲、中国和英国4种钢结构设计规范中关于轴心受压构件相关稳定的设计方法,并以焊接工字型截面轴心受压构件为例对各种规范的设计方法进行对比分析。美国钢结构设计规范通过引入屈曲折减系数Q对强度进行折减的方法考虑板件局部屈曲的影响,欧洲和英国钢结构设计规范均采用有效截面面积考虑板件的局部屈曲,并对构件长细比进行一定程度的折减。我国钢结构设计规范对于轴心受压构件相关稳定的设计方法仍需进一步研究和完善。     

960 MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定试验研究

针对960 MPa高强度钢材轴心受压构件的局部稳定性能,对4个箱形截面试件和4个工字形截面试件进行了轴心受压试验。分析了试件的局部稳定性能,并将试验结果与我国、美国和欧洲钢结构设计规范的相应设计计算结果进行了对比分析,研究各国规范对960 MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定性能设计计算的适用性。研究结果表明:当构件的板件宽厚比相同时,960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲后强度要大于460 MPa高强度钢材构件,960 MPa高强度钢材构件应考虑钢材的屈曲后强度;我国现行钢结构设计规范中关于轴心受压构件局部屈曲应力的计算结果不适用于960 MPa高强度钢材构件;在试验钢材板件宽厚比范围内,960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲承载力,采用美国规范和欧洲规范的设计计算结果较为准确。     

960 MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定试验研究

针对960 MPa高强度钢材轴心受压构件的局部稳定性能,对4个箱形截面试件和4个工字形截面试件进行了轴心受压试验。分析了试件的局部稳定性能,并将试验结果与我国、美国和欧洲钢结构设计规范的相应设计计算结果进行了对比分析,研究各国规范对960 MPa高强度钢材轴心受压构件局部稳定性能设计计算的适用性。研究结果表明：当构件的板件宽厚比相同时,960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲后强度要大于460 MPa高强度钢材构件,960 MPa高强度钢材构件应考虑钢材的屈曲后强度;我国现行钢结构设计规范中关于轴心受压构件局部屈曲应力的计算结果不适用于960 MPa高强度钢材构件;在试验钢材板件宽厚比范围内,960 MPa高强度钢材构件的局部屈曲承载力,采用美国规范和欧洲规范的设计计算结果较为准确。