支吊架用卷边槽钢受弯构件的稳定性研究

本研究对支吊架用卷边槽钢受弯构件进行了弹塑性稳定分析,运用有限元软件分析了长细比、截面尺寸、初始弯曲等参数对其稳定性的影响。研究结果显示,卷边槽钢的屈曲变形与其长细比有关。此外,其截面大小也会对结构的稳定性产生一定的影响。另外,初始弯曲对总体稳定系数的影响很大,且影响程度与构件的正则化长细比密切相关。在有限元计算的基础上,与现行规范进行了比较,增加了一个修正系数以确保设计的安全性。

冷弯薄壁卷边槽钢组合工字梁极限承载力计算的有效宽度法

为了研究冷弯薄壁卷边槽钢组合工字梁的受弯性能,对三种截面形式共计9根卷边槽钢组合工字梁进行破坏性试验研究,建立有限元分析方法对试件进行模拟分析,有限元计算结果与试验结果吻合良好,验证了有限元方法的正确性。接着采用有限元方法对冷弯薄壁卷边槽钢组合工字梁进行大量参数分析,钢种和受压翼缘宽厚比对受压翼缘有效宽厚比的影响较大,梁的长度、腹板高厚比与板件厚度对梁受压翼缘有效宽厚比的影响小。最后在对典型截面梁构件进行参数分析的基础上,得出卷边槽钢组合工字梁受压翼缘板件的有效宽厚比计算表格与计算公式,提出计算冷弯薄壁型钢梁极限承载力的有效宽度法,并通过试验验证了有效宽度法计算梁极限承载力的正确性和适用性。

外卷边槽钢多道次辊弯成型数值模拟

利用有限元软件ABAQUS对外卷边槽钢的多道次辊弯成型过程进行了数值模拟。基于动力显示算法,采用引导板料入辊方式建立了外卷边槽钢多道次辊弯成型有限元模型。分析了成型过程中槽钢的金属变形状态与应力应变场的变化情况,并重点研究了外卷边槽钢边部纵向应变、内外弯角处厚度与横向应变在成型过程中的变化情况,为优化多道次辊弯成型工艺提供了理论依据。

冷弯薄壁卷边槽钢弹性畸变屈曲分析中的转动约束刚度

畸变屈曲是冷弯薄壁卷边槽钢的重要屈曲模式,腹板提供给翼缘板的转动约束刚度是影响其畸变屈曲性能的关键因素之一。该文对冷弯薄壁卷边槽钢弹性畸变屈曲分析中腹板提供给翼缘板的转动约束刚度取值进行了全面深入的研究。首先推导了腹板在8种不同应力情况与变形形状下的转动约束刚度理论计算公式;接着利用这些公式详细讨论了腹板变形形状的影响;最后提出了计算简便且精度较高的转动约束刚度统一近似公式。研究成果为解析法分析卷边槽钢的弹性畸变屈曲、进而提出畸变屈曲荷载的实用计算公式提供了依据和方便。

冷弯薄壁卷边槽钢的畸变屈曲荷载简化计算

以理论研究成果为基础,结合应用有限条屈曲分析程序,对冷弯薄壁卷边槽钢在偏心受压和纯弯曲下的弹性畸变屈曲荷载进行了分析.基于对轴心受压和纯弯曲两种极端荷载情况下畸变屈曲荷载的参数分析,提出了屈曲临界半波长度和考虑翼缘自身剪切与畸变影响的修正参数的近似计算公式;对腹板提供给翼缘板的转动约束刚度进行了讨论,提出了精度较高的线性计算公式;利用以上结果,提出了确定冷弯薄壁卷边槽钢在偏心受压和纯弯曲下的弹性畸变屈曲荷载简化公式.比较研究表明,简化公式具有足够的精度,便于手算,实用性强,可供工程设计人员和各国冷弯薄壁型钢设计规范修订相应内容时参考.

冷弯薄壁卷边槽钢偏心受压构件承载力计算的折减强度法

为了研究冷弯薄壁卷边槽钢偏心受压构件的极限承载力,对13根偏心受压的冷弯薄壁卷边槽钢进行了破坏性试验,并建立有限元分析方法对试件进行模拟分析,有限元分析结果与试验结果吻合良好,验证了有限元方法的有效性;对典型截面构件进行大量的参数分析,研究截面尺寸、长细比、荷载作用点位置及材料特性等因素对卷边槽钢偏心受压构件极限承载力的影响,提出了冷弯薄壁卷边槽钢偏心受压构件极限承载力计算的折减强度法及其相应计算表。结果表明:利用提出的折减强度法计算卷边槽钢偏心受压构件极限承载力具有一定的适用性。

冷弯卷边槽钢轴压屈曲机理试验与数值研究

对6根冷弯卷边槽钢进行了轴力加载试验.其中4根试件用以研究截面高宽比和长细比对试件屈曲行为、承载力等参数的影响;另2根组合试件用以对比分析组合作用以及组合形式对试件静力性能的改善.试验结果表明:截面高宽比、长细比以及偏心是影响板组效应与承载力的重要因素,能很大程度上影响试件的屈曲形式;组合作用能大大改善试件承载力,不同的组合形式还影响试件的屈曲形式.同时,建立了有限元数值模型,考虑几何和材料非线性,并考虑初始缺陷,将计算结果与试验进行了对比分析,分析结果显示试验与数值模拟吻合良好.

冷弯薄壁斜卷边槽钢轴压构件的稳定性分析

为研究冷弯薄壁斜卷边槽钢轴压构件的稳定性能,选取了两种翼缘外廓尺寸(B=55 mm和B=80 mm)、七种卷边弯起角度(θ分别为30°、45°、60°、90°、120°、135°、150°)、三种板厚(t取为1.0、2.0和3.0 mm)、六种试件长度(L以0.5 m为间隔,由0.5 m起变化到3 m止)、简支和固支两种边界条件,对共计504个算例进行了轴心受压状态下的非线性有限元分析.研究了上述参数对斜卷边槽钢轴压构件稳定性能的影响.结果表明,θ对弹性畸变屈曲临界力影响显著,且对轴心受压简支构件而言,θ为钝角时能够有效地避免畸变屈曲的发生,若θ为30°构件的破坏模式不由畸变屈曲控制时,则其承载力最大;轴心受压固支柱比简支柱更容易出现畸变屈曲,且斜卷边槽钢大多不及相同条件下直角卷边槽钢的承载力.

直接强度法计算冷弯薄壁斜卷边槽钢轴压柱的承载力

通过计算得到了适合各种弯起角度的斜卷边槽形截面特性计算公式,方便了手算求解构件的屈曲应力。采用直接强度计算法对斜卷边槽钢轴压固支柱的稳定承载力及破坏模式进行了分析,并与已有的试验资料进行了对比。结果表明:直接强度法可以有效地预测斜卷边槽钢轴压固支构件的稳定承载力,从而说明了建立在简支试验结果基础上,经回归得到的直接强度法同样适用于固支柱稳定承载力的计算。

卷边槽钢梁受压翼缘畸变屈曲时的屈曲系数

通过对卷边槽钢梁畸变屈曲形式的分析，提出了受压翼缘屈曲系数ｋｆ的计算公式，并结合我国常用卷边槽钢的截面尺寸，提出了在受压翼缘屈曲系数ｋｆ≥４．０时板件长宽比α的限值以及在板件长宽比超过此限值时ｋｆ的最低值。指出了我国现行规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（ＧＢＪ１８－８７）把受弯卷边槽钢梁受压翼缘的屈曲系数按轴心受压时的１．３５考虑过于保守。

腹板开孔Σ形复杂卷边槽钢轴压承载力试验

以不同截面形式的腹板开孔薄壁钢构件轴压性能为研究对象，分别对复杂卷边槽钢、∑形复杂卷边槽钢两种截面形式，共10根腹板开孔轴压简支柱进行了承载力试验。试验结果表明，与相同用钢量下的腹板开孔复杂卷边槽钢相比，腹板开孔∑形复杂卷边槽钢轴压构件的承载效率可提高30％～50％。与相同条件下的不开孔构件轴压试验相比，开孔构件的破坏模式基本不变，但破坏位置多发生在孔洞附近。利用有限元软件对试验进行模拟分析，模拟结果与试验结果吻合良好。以此为基础，采用有限元模拟对比了相同截面形式下腹板开孔和不开孔轴压构件的承载效率和应力云图，结果表明，与同截面的不开孔构件相比，腹板开孔复杂卷边槽钢的承载效率平均下降6．15％，腹板开孔∑形复杂卷边槽钢的承载效率平均下降25．57％。孔洞的存在改变了构件的应力分布情况，较大应力区域和最大应力点均出现在孔洞附近。

帽形加劲复杂卷边槽钢柱的稳定性能

为进一步了解帽形加劲复杂卷边槽钢柱的受力性能,利用ANSYS有限元分析软件对帽形加劲复杂卷边槽钢柱在轴压和偏压状态下的稳定性能进行分析.研究了立柱长度、板件宽厚比、截面类型以及偏心距对帽形加劲复杂卷边槽钢柱的稳定承载力、破坏模式及变形等性能的影响.研究结果表明:在板件厚度不变时,C2截面构件的承载效率相比C1截面构件提高了10%~20%,C3截面构件相比C1截面构件提高了40%~50%.腹板帽形加劲复杂卷边槽钢柱的承载力最大发生在负偏心一侧,而腹板及翼缘帽形加劲复杂卷边槽钢柱在正偏心处承载力最大.

帽形加劲复杂卷边槽钢柱偏压性能试验研究

对共计18个简支试件进行偏心受压试验,分析并研究了未加劲、腹板中央帽形加劲、腹板和翼缘中央帽形加劲3种截面复杂卷边槽钢的极限承载力、失稳模式及变形特征等特性.结果表明:有效形心移动对偏心承压构件的承载能力有很大影响.在板件中央设置帽形加劲可以适当减小板件的宽厚比,显著提升受压构件的极限承载力及钢材利用率,但畸变屈曲在构件失稳模式中起控制作用.在同等条件下,板件中央帽形加劲偏压构件的承载效率提升了15%~70%.

外卷边槽钢辊弯成型过程数值模拟

拓展了结构分析有限条法 ,基于固体力学有限形变理论的更新拉格朗日法 (U .L .法 ) ,建立了弹塑性大变形样条有限条法 ,并将其用于模拟外卷边槽钢辊弯成型过程 ,分析了带材的变形特点 ,获得了变形带材的三维位移场、应变场和应力场· 算例表明 ,变形带材的角部出现横向压应变峰值 ,外卷边轧辊前部位出现纵向拉应变峰值· 另外 ,带材的横向变形是主要的 ,纵向变形较小·

冷弯薄壁卷边槽钢柱弹性畸变屈曲数值分析

随着高强冷弯薄壁型钢在建筑业中的大规模应用,使得构件畸变屈曲的出现可能先于板件的局部屈曲,成为构件失效控制模式。畸变屈曲的破坏机理不同于局部屈曲,其弹性屈曲应力计算过程也大相径庭。现有畸变屈曲临界应力的计算公式异常复杂,在设计中可以借助数值分析的方法进行计算。有限条方法和有限元方法是常用的两种数值分析方法,采用有限条方法和有限元方法计算了冷弯薄壁型钢柱构件弹性畸变屈曲应力和屈曲半波长度,对比研究发现二者结果非常接近,均可用于分析柱试件的弹性畸变屈曲。

斜卷边槽钢偏心受压构件的稳定性分析

为进一步推动斜卷边槽钢在实际工程中的应用,明确其与直角卷边槽钢的区别,采用ANSYS非线性有限元程序,对共计70个算例的斜卷边槽钢在对称轴平面内偏心受压状态下的构件稳定性能进行分析.研究7种卷边弯起角度、10种偏心距对斜卷边槽钢偏心受压构件稳定承载力、失稳模式及变形等性能的影响.结果表明:偏心距对构件的承载力和失稳模式影响显著,所有构件均不是在偏心距为零时获得承载力的最大值.相同负向偏心距下,随卷边弯起角度的增大构件承载力逐渐降低;当卷边弯起角度达钝角后,各构件之间承载力相差较小,基本不再受弯起角度的影响.在正向偏心荷载作用下,越早出现畸变屈曲的构件承载力越低.

普通卷边槽钢的弹性畸变屈曲荷载

畸变屈曲是控制冷弯型钢稳定设计的重要屈曲模式之一。该文以理论研究成果为基础,结合应用有限条屈曲分析程序,对冷弯卷边槽钢在偏心受压和纯弯曲下的弹性畸变屈曲荷载进行了深入细致的分析。首先基于对轴心受压和纯弯曲两种极端荷载情况下畸变屈曲荷载的参数分析,提出了屈曲临界半波长度和考虑翼缘自身剪切与畸变影响的修正参数的近似计算公式;接着对腹板提供给翼缘板的转动约束刚度进行了分析讨论,提出了精度较高的近似计算公式;利用以上结果,最后提出了冷弯卷边槽钢在偏心受压和纯弯曲下的弹性畸变屈曲荷载简化计算公式。简化公式具有足够的精度、便于手算、实用性强,可供工程设计人员和各国冷弯薄壁型钢设计规范修订相应内容时参考。

帽形加劲复杂卷边槽钢柱轴压性能试验研究

对18根板件中间加劲复杂卷边槽钢简支轴心受压试件进行了承载力试验研究,其中包括有截面形式、试件长度等方面的变化,研究了板件中间加劲对构件承载能力和破坏模式等方面的影响.试验结果表明：板件帽形加劲可以大大提高构件的稳定承载力.与普通复杂卷边槽钢构件相比,在相同条件下采用板件帽形加劲的构件其承载效率提高了大约10%-40%,其破坏模式变为以畸变屈曲为主要控制因素的畸变及其相关屈曲的破坏.同时利用有限元软件模拟相同试件的承载力和破坏模式,与试验结果吻合良好.

冷弯薄壁卷边槽钢开孔腹板屈曲性能分析

本文用有限元方法分析了受压卷边槽钢开孔腹板的屈曲性能,给出了与孔径d、相邻板件宽度a有关的开孔板稳定系数K的计算公式。通过对所作21根腹板带孔的冷弯薄壁卷边槽钢短柱段试验结果的分析,讨论了开孔腹板的屈曲特点,提出了确定开孔腹板屈曲荷载的方法。理论计算与试验结果吻合较好。

冷弯薄壁三次卷边槽钢轴压开孔立柱承载力研究

对冷弯薄壁三次卷边槽钢轴压开孔短柱进行试验研究,并采用有限元软件ANSYS进行计算,对比分析了ANSYS、中国规范和北美规范的计算结果以及开孔对立柱承载能力的影响。研究结果表明:冷弯薄壁三次卷边槽钢轴压开孔立柱的破坏模式均出现畸变屈曲;中国规范有效截面法间接计入了畸变屈曲的影响,与北美规范计算结果吻合良好;开孔明显降低了立柱的承载能力,且变化规律与工程中常规轴心受压构件不符,对于冷弯薄壁三次卷边槽钢承载力的开孔折减在设计中应予以足够的重视,其开孔折减系数对于文中截面可取为K=2.41×10-5λ2-3.78×10-3λ+9.59×10-2。