铝合金轴压构件屈曲荷载计算方法

铝合金轴压构件在建筑工程中有着广泛应用,但由于其材料弹性模量低,稳定问题比钢结构更加突出。文中对铝合金轴压构件进行屈曲分析,提出屈曲模式。采用解析法分析并结合现有轴压构件的各种屈曲理论,给出适合铝合金轴压构件的屈曲荷载计算公式,介绍有限样条法在构件屈曲分析中的应用,并用其验证所提出的各项屈曲荷载计算公式的正确性。     

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.     

冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件畸变屈曲控制研究

基于部分加劲板件的畸变屈曲和局部屈曲的稳定系数比较,提出了冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件畸变屈曲发生于局部屈曲之后或畸变屈曲不发生的临界控制条件;给出了通过构件畸变屈曲计算长度控制畸变屈曲的临界条件;提出一种控制畸变屈曲的构造措施,即在卷边间加设缀板,并通过已有试验对其有效性进行验证,同时推导了卷边间缀板的刚度需求。结果表明：通过构件截面尺寸控制畸变屈曲不发生或发生在局部屈曲之后,可以不考虑构件畸变屈曲的影响,简化冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件承载力的计算;计算长度小于畸变屈曲半波长一半的构件不发生畸变屈曲;通过在卷边间加设缀板的构造措施能有效阻止部分加劲板件的转动,构件的畸变屈曲荷载和承载力都有很大的提高,缀板布置间距不同,构件承载力的提高幅度也不同,缀板间距越小,构件承载力提高幅度越大。算例分析表明,满足一定间距和刚度需求的缀板能够提高构件的畸变屈曲承载力或避免畸变屈曲的发生。     

卷边槽钢开孔轴压构件弹性屈曲荷载

采用理论和有限元方法分析腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件弹性整体弯曲失稳、弹性畸变屈曲以及弹性局部屈曲的受力性能以及屈曲荷载。在理论分析的基础上提出了计算腹板开孔卷边槽形截面构件弹性整体弯曲失稳、弹性畸变屈曲以及弹性局部屈曲荷载的近似简化方法,简化方法计算结果与有限元分析结果对比表现出较高的精度,表明建议弹性屈曲荷载计算方法可用于开孔构件整体稳定承载力以及屈曲稳定系数的计算,能够代替复杂的有限元方法进行开孔构件弹性屈曲荷载的简化计算,易于用于工程设计。     

绕弱轴纯弯的冷弯薄壁型钢构件畸变屈曲性能研究

采用有限条软件CUFSM对不同截面几何参数的冷弯薄壁卷边槽钢绕弱轴纯弯进行畸变屈曲应力计算,并根据经典板件屈曲应力公式计算构件翼缘畸变屈曲系数,分析构件截面几何参数的变化对畸变屈曲系数的影响,在此基础上,提出适用于求解直卷边槽钢绕弱轴纯弯畸变屈曲应力的简化公式。与有限条法和基于广义梁理论的横向弯曲铰支计算模型的计算公式进行对比,所提出的公式具有较高精度,且简单实用、便于手算,建议公式可供工程设计和修订规范参考。     

冷弯薄壁卷边H型钢受弯构件局部屈曲分析

采用有限条软件CUFSM对200种不同截面几何参数的冷弯薄壁卷边H型钢在荷载作用下的局部屈曲应力进行计算,并利用构件的屈曲应力分析了不同的卷边宽厚比、截面宽高比、腹板高厚比、翼缘宽厚比对冷弯薄壁卷边H型钢局部屈曲性能的影响。在此基础上,提出了适用于求解冷弯薄壁卷边H型钢在荷载作用下局部屈曲应力的简化计算式,并将简化公式计算的结果与有限条法计算的结果进行对比,表明所提出的简化计算式具有很好的适用性和精确性。     

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。     

通过有限元法计算受压构件的纯畸变弹性屈曲荷载

基于有限元法,提出一个分析方法,可以计算纯畸变弹性屈曲荷载。计算中采用的有限元模型为非耦合屈曲变形模式。具体方法分为2步:第1步,采用一般梁理论(GBT)分析构件横截面,在此可以给有限元模型施加约束条件;第2步,对受约束有限元模型进行线性屈曲分析,确定纯畸变荷载。将此法应用于开口薄壁构件和冷弯构件,得到的畸变荷载非常准确,与一般梁理论和约束有限条法(cFSM)计算的荷载值一致。     

冷弯薄壁梁的屈曲及优化设计综述

介绍了冷弯薄壁梁的整体-局部屈曲和优化,包括:简化分析与计算、数值分析及试验。详细阐述了薄壁梁翼缘和腹板的屈曲问题。采用质量检测方法,对不同横截面薄壁梁进行比较。     

剪切作用下冷弯槽钢的弹性屈曲

研究与腹板平行的纯剪切荷载作用下包含翼缘和卷边的整个槽钢截面的弹性屈曲,并给出了解决方案。采用样条有限条法(SFSM)对纯剪切作用下的薄壁槽钢进行弹性屈曲分析,以获得截面的弹性屈曲载荷(Vcr)。利用剪切屈曲载荷计算用于截面设计的腹板的剪切屈曲系数(KV)。主要变量为翼缘宽度、构件长度和卷边尺寸。边界条件为两端简支。根据分析结果绘制交互作用曲线,可作为设计指南,使得设计人员不用样条有限条法(SF-SM)软件也能够预测弹性屈曲剪切系数(KV)。给出了不同的翼缘宽度、构件长度和卷边尺寸下构件的典型屈曲模态。包括局部屈曲和翼缘屈曲,畸变屈曲和截面扭曲。     

局部屈曲或局部和畸变屈曲综合作用下冷弯型钢梁的有限元模拟

有限元法可以解决冷弯钢梁复杂的相关联屈曲问题,其中包括很多重要的关键因素:几何缺陷、材料非线性和后屈曲等。也是该方法与其他分析方法的不同之处。根据特定的冷弯Z型钢梁的材料和几何非线性建立了两类研究屈曲性能的有限元模型。其中,一个模型用于分析局部和畸变屈曲综合作用,而另一个仅用于分析局部屈曲。通过先前的四点弯曲试验证实了有限元模型的有效性。利用ABAQUS软件,模拟了一个简化的试验装置。在局部屈曲有限元模型中,通过在梁翼缘角部设置弹簧以防止畸变屈曲。由于更多的模型与试验结果相吻合,证实了对承载力和变形的预测。未来的研究将优化有限元模型,以得到侧向受约束的冷弯型钢梁不同的屈曲形式,如:局部,畸变或局部与畸变综合作用。     

卷边加强冷弯型钢梁局部和畸变屈曲

设计时,应重点考虑冷弯型钢构件的屈曲特性及其导致的有效性损失,以保证结构的经济性。数值模型改进后,能够反映考虑几何缺陷、材料非线性特性、后屈曲性能等因素的冷弯型钢梁的真实屈曲特性。针对侧向约束下冷成型Z型钢梁,采用已有的有限元模型,研究钢梁卷边及其与受压翼缘的相互作用对后屈曲特性的影响。利用卷边翼缘宽度比以及卷边倾角,观测局部屈曲、畸变屈曲和局部/畸变屈曲相互作用下截面抗弯刚度的变化。评估了EC3中适用于冷成型Z型钢梁局部和畸变屈曲的设计方法的有效性。总体而言,采用EC3计算的截面抗弯刚度并不保守。指出其中的不足并提出改进建议,改善卷边受压翼缘的失稳系数。     

基于扁壳理论的半解析有限条法用于冷弯构件的屈曲分析

提出了一种基于Marguerre的扁壳理论的有限条法。现有的大多数半解析有限条法都是基于基尔霍夫和Mindlin的板理论。在本文中,该板理论可以被视为扁壳理论的特殊情况。数值分析结果证实了基于扁壳理论的有限条法的有效性。     

受压翼缘外带卷边和中间加劲肋的冷弯型钢梁的局部和扭转屈曲特性

采用数值模型分析受压翼缘含卷边和中间加劲肋的冷弯型钢梁的屈曲特性。通过一系列非线性有限元分析,研究了由局部或扭转屈曲导致失稳的两侧翼缘处均含卷边和中间加劲肋的冷弯Z型钢的弯曲性能。研究了中间加劲肋的尺寸和位置以及卷边加劲肋和中间加劲肋的相互作用对型材的屈曲特性和极限强度的影响。有限元分析结果常可用来检验用欧洲设计规范在预测这类断面极限强度时的精确度。     

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。     

偏心荷载下非弹性工字型钢梁的侧向屈曲抗力

承受梯度弯矩的工字型钢梁的侧向—扭转屈曲(LTB)强度取决于弯矩梯度系数Cb。而Cb取决于弯矩图的非均匀性、无支撑长度内所施加的横向荷载的大小和钢梁支座类型。一般地,Cb由规范根据弹性LTB分析理论给出。然而,同样的Cb被用在梁的非弹性屈曲分析中。提出1个三维有限元ANSYS模型用于工字型钢梁的非线弹性弯-扭分析,并用此模型研究了无支撑长度和偏剪心荷载(分别位于中心、上翼缘和下翼缘)对非弹性性能区域弯矩梯度的影响。研究发现AISC-LRFD的钢结构规范(AISC360-05)和结构稳定研究委员会导则给出的Cb对加载点在非弹性屈曲工字型钢梁的中心和下翼缘的情况并不准确。AISC-LRFD的抗弯公式过高评估了梯度弯矩作用下非弹性工字型钢梁的实际抗弯承载力。因此,提出了一个适用于该工况下非弹性区域的简单公式,用于替代规范给出的公式。     

轴压下薄壁圆柱形壳屈曲试验承载力的准确可靠预测方法

论述了一种能可靠并准确预测偏心荷载下薄壁圆柱形壳屈曲试验的方法。详细描述了试验装置和试件,包括用配套的设备测量试件表面的几何缺陷。为了精确地预测屈曲试验的荷载,根据不同的复杂度建立了不同的有限元模型模拟试验装置,并研究了初始几何缺陷、荷载偏心、沿柱圆周方向的荷载偏心位置和影响边界条件的不同试验装置对屈曲承载力的影响。解释了具有简单刚性支座的有限元模型会过高估计屈曲试验承载力的原因。尽管这些模型均考虑了初始几何缺陷和荷载偏心的影响。作为对比,计算了考虑实际支座条件有限元模型的结果。在有限元模型中,用弹性实体单元模拟固定装置,用面—面接触单元模拟试件与支座间的接触面,计算出的屈曲承载力与试验有着平均约-1.59%的偏离。沿有缺陷薄壁圆柱形柱圆周方向的荷载偏心位置对屈曲承载力有显著影响。     

基于广义梁理论的薄壁构件屈曲模态有限元分析

提出基于广义梁理论(GBT)的新方法,将各向同性薄壁构件通过壳体有限元分析方法(FEA)获得的弹性屈曲模态分解成整体、畸变和局部屈曲模态。其创新之处在于仅使用GBT截面变形模态,而非构件变形模态。该方法能够单独计算各屈曲模态,更好地了解各构件的后屈曲特性和强度曲线。根据GBT的经典假设,忽略剪切应变和横向张力。通过有限元方法得到的各模态与经典GBT计算结果一致。     

真空引起的薄壁圆筒屈曲压力预测

研究均匀外压力下初始缺陷对圆柱形薄壳结构屈曲性能的影响。对缩尺薄壁圆筒的外形进行分析以测量壳体表面的几何缺陷。有限元分析时将这些初始缺陷考虑在内,并进行静态几何非线性分析。在实验室进行圆筒的倒塌试验,并将试验结果和有限元分析结果进行比较。结果表明,有限元分析能够准确预测圆筒的破坏坍塌压力和后屈曲模态。