冷弯薄壁C形截面不锈钢梁畸变屈曲承载力研究

为研究纵向V型肋卷边C形不锈钢梁的畸变屈曲承载力,本工作在非纯弯试验短跨梁、纯弯试验短跨梁、纯弯试验长跨梁三组试验研究的基础上,采用有限元软件进一步研究纯弯作用下不锈钢C形梁腹板加劲不同位置以及腹板、翼缘同时加劲时不同加劲位置对构件极限承载力的影响。并使用有限条软件分析不同截面高度、卷边宽度、翼缘宽度、加劲位置对构件极限承载力的影响,最后对弹性屈曲临界应力公式和基于直接强度法的畸变屈曲承载力公式进行了修正。研究发现腹板、翼缘的加劲位置都会对承载力的提升幅度有较大影响,修正后的公式具有较高的精度。

卷边C形截面不锈钢柱畸变屈曲直接强度法

为研究轴心受压卷边C形截面不锈钢柱的畸变屈曲承载力,采用ABAQUS软件对不锈钢轴压构件进行了非线性有限元模拟,并通过现有试验验证了有限元模型计算结果的准确性。弹性畸变屈曲荷载是采用直接强度法(DSM)的关键参数,首先研究了边界条件对构件承载力的影响,然后对比分析了现有轴心受压卷边C形截面不锈钢柱畸变屈曲承载力的计算方法与试验结果,发现BECQUE等提出的DSM公式与AISI中的畸变屈曲DSM公式均不能准确地预测卷边C形截面不锈钢构件的畸变屈曲承载力。最后,在大量有限元分析的基础上提出了轴心受压卷边C形截面不锈钢柱畸变屈曲承载力计算公式,并采用现有的试验结果验证了该公式的准确性。

T形截面轴压短柱畸变屈曲的无穷级数解与FEM验证

为研究T形截面短柱的畸变屈曲力学性能,采取理论计算和有限元验证的方法,根据“板-梁”理论和传统能量法理论,求出在两端恒载作用下简支T形截面短柱发生畸变屈曲的应变能。通过假定截面的横向位移和截面转角以及待定系数的纵向位移来表示构件的应变能和初应力的势能,得到构件的总势能方程。根据最小势能原理,获得总势能函数的偏导数以及畸变屈曲的能量矩阵,以最小特征值法求得屈曲临界荷载。同时,借助ANSYS有限元软件建立T形截面短柱端部轴压有限元模型,并对其屈曲性能进行分析研究。结果表明:T形截面短柱的跨高比在6.67左右时,结构处于弯扭屈曲和畸变屈曲的临界状态。所得屈曲临界荷载模拟数值与理论计算值较吻合,误差均控制在10%以内,可以验证理论方法的正确性和计算公式的准确性。

考虑残余应力影响的蜂窝梁畸变屈曲性能研究

基于蜂窝梁残余应力的试验研究成果和普通工字钢梁的残余应力分布研究成果,给出了蜂窝梁的残余应力分布模型,并与已有试验研究结果对比,以验证该模型的正确性。通过分析梁的长度、翼缘厚度和宽度等对蜂窝梁畸变屈曲临界荷载的影响规律,进一步探索了残余应力对蜂窝梁畸变屈曲荷载的影响程度及简化考虑残余应力影响的计算方法。研究结果表明:翼缘宽度和厚度对蜂窝梁畸变屈曲临界荷载影响较大,而腹板厚度对蜂窝梁畸变屈曲临界荷载影响较小;提高钢材强度可在一定程度上提高蜂窝梁畸变屈曲临界荷载,但残余应力的影响程度会相应增大;提出采用折减系数K_(d)=0.85来计算蜂窝梁畸变屈曲荷载中的残余应力影响,该方法安全且简便,便于实际工程应用。

冷弯薄壁卷边槽钢畸变屈曲的数值分析

利用大型有限元软件ABAQUS分析冷弯薄壁卷边槽钢受压时的弹性畸变屈曲荷载。首先,分析了ABAQUS建模时各主要参数对分析结果的影响,在此基础上建立了分析模型,然后分别对轴心受压和偏心受压两种荷载情况下冷弯薄壁卷边槽钢的弹性畸变屈曲荷载进行了特征值分析,分析时改变截面组成板件的尺寸,求出对应的畸变屈曲荷载和畸变屈曲半波长;最后,对计算结果进行分析,得出了截面尺寸、偏心荷载与畸变屈曲荷载/半波长的关系。

钢-混凝土组合梁负弯矩区弹性畸变屈曲分析

基于畸变屈曲是钢-混凝土组合梁负弯矩区钢梁的重要屈曲模式,钢梁下翼缘提供给钢梁腹板的转动约束刚度及侧向约束刚度是影响其畸变屈曲性能的关键因素之一,对工字形钢-混凝土组合梁负弯矩区钢梁腹板提供给下翼缘的转动约束刚度及侧向约束刚度进行研究。采用利用能量法推导负弯矩区钢梁腹板对下翼缘的转动约束刚度及侧向约束刚度理论计算公式,并结合弹性介质中的中心受压薄壁杆件的屈曲理论推导钢梁侧向弯曲屈曲及侧向弯扭屈曲临界应力计算公式,进一步获得相应的屈曲弯矩。结合工程实例对转动约束刚度、侧向约束刚度及屈曲弯矩计算公式进行分析及讨论。研究结果表明:钢梁腹板转动约束刚度及侧向约束刚度均与外荷载呈线性关系,同时两者还可能出现负值;本文屈曲弯矩计算结果与ANSYS有限元计算结果较吻合;现有屈曲弯矩计算方法存在一定理论缺陷,且不同计算方法所得计算结果偏差较大;本文计算公式形式较简洁,适于工程应用。

550MPa高强冷弯薄壁卷边槽钢受弯构件畸变屈曲试验研究

为了研究屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢受弯构件的畸变屈曲性能,分别对直卷边、斜卷边和复杂卷边3种卷边形式的12组高强冷弯薄壁槽钢受弯试件进行了静力试验研究,其中纯弯试验6组,非纯弯试验6组。试验结果表明,卷边形式是影响试件发生畸变屈曲或局部和畸变相关屈曲的重要因素。相同卷边形式下,非纯弯试件的承载力均高于纯弯试件的承载力,且提高幅度与试件屈曲破坏模式有关,只发生畸变屈曲的试件承载力提高幅度最大,而在发生局部和畸变相关屈曲的试件中,由畸变屈曲引起破坏的试件承载力提高幅度次之,由局部屈曲引起破坏的试件承载力提高幅度最小。

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.

负弯矩作用下钢-混凝土组合箱梁畸变屈曲分析

畸变屈曲负弯矩区是钢-混凝土组合箱梁的最重要屈曲模式之一,而钢梁底板的转动及侧向约束刚度是影响其畸变屈曲的关键因素.文中对钢-混凝土组合箱梁负弯矩区钢梁底板的等效侧向及转动约束刚度进行了分析,结果表明钢梁底板侧向及转动约束刚度均与外荷载有耦合关系;基于钢梁底板侧向及转动约束刚度计算公式,利用弹性地基梁法推导了组合箱梁畸变屈曲临界应力计算公式,并进一步获得组合箱梁畸变屈曲临界弯矩;最后通过算例将该方法与ANSYS有限元法进行对比.算例分析表明:负弯矩作用下组合箱梁畸变屈曲临界荷载受构件长度影响较小;负弯矩作用下,转动约束刚度折减系数取0.5时,该方法屈曲弯矩计算结果与ANSYS有限元计算结果吻合良好.该方法利用了更为科学的钢梁底板侧向及转动约束刚度,考虑了负弯矩区底板和腹板的耦合失稳,计算方法物理意义更为明确,同时该计算方法较为简便,为变轴力作用下组合箱梁畸变屈曲临界荷载计算方法提供了理论基础.

冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件非线性畸变屈曲承载力计算方法

为研究冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件畸变屈曲承载力计算方法,基于能量法采用大挠度理论对部分加劲板件的非线性畸变屈曲承载力进行推导分析,得到冷弯薄壁型钢部分加劲板件屈曲稳定系数和畸变屈曲承载力计算方法,并采用有限元分析结果验证该方法的精确性。利用我国现行国家标准GB 50018—2002"冷弯薄壁型钢结构技术规范"中的有效宽度法公式计算畸变屈曲承载力,与分析提出的建议方法计算结果进行对比分析。研究结果表明:基于能量法提出的计算畸变屈曲承载力方法是精确、可行的。在修正部分加劲板件屈曲稳定系数的基础上,可以采用我国现行国家标准GB 50018—2002"冷弯薄壁型钢结构技术规范"中有效宽度法的公式计算发生畸变屈曲的构件截面承载力,从而建立了考虑局部和畸变屈曲承载力的统一计算公式。

直卷边和斜卷边受弯构件畸变屈曲性能研究

应用ANSYS有限元程序,分别对直卷边和斜卷边C形和Z形截面冷弯型钢受弯构件的畸变屈曲性能进行研究。对比发现,多数直卷边构件的抗弯承载力略高于斜卷边的,在相同截面参数条件下,C形和Z形截面的抗弯承载力相差很小。计算结果还与直接强度法进行了对比,结果发现,多数构件的计算结果高于直接强度法的结果。

卷边槽钢压弯构件弹性畸变屈曲研究

冷弯薄壁型钢的畸变屈曲是不同于局部屈曲和整体屈曲的一种屈曲形式。由于其屈曲后强度提高程度不如局部屈曲显著,且对构件的初始缺陷敏感,故畸变屈曲在某些情况下可能会决定薄壁构件设计。对卷边槽钢压弯构件的弹性畸变屈曲轴力-弯矩相关性进行研究,考查相关性的主要影响因素,发现腹板翼缘高宽比越大,相关曲线越偏离线性关系;此外,对于腹板翼缘尺寸相同的槽形截面,卷边长厚比越小,相关曲线越偏离线性关系;利用有限条分析方法拟合得到不考虑弯矩梯度的卷边槽钢压弯构件弹性畸变屈曲简化计算公式。通过48种截面验证表明简化公式具有较高求解精度,满足工程设计要求;对等效弯矩假设应用于压弯构件的适用性进行分析,提出压弯构件弯矩梯度处理方法。结合有限元方法最终给出卷边槽钢压弯构件弹性畸变屈曲放大系数公式。提出的弹性畸变屈曲简化公式可直接求解带有任意弯矩梯度的卷边槽钢压弯构件,便于工程设计人员使用。

冷弯薄壁槽钢柱畸变屈曲的有限元分析及一种控制措施

冷弯开口薄壁型钢构件的失稳模式主要有三种:局部屈曲,畸变屈曲,整体屈曲(弯曲失稳或弯扭失稳)。但对于冷弯薄壁槽钢而言,畸变屈曲通常起控制作用。本文利用有限元法分析了冷弯薄壁卷边槽钢在轴向压力和对称平面内弯矩共同作用下的受力性能,并提出了一种能有效防止构件发生畸变屈曲的方法,供工程设计参考采用。

高强冷弯薄壁型钢轴压柱畸变屈曲研究

550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压柱发生畸变屈曲时会出现三种模式(O-O,O-I,I-I),考虑材料和几何双重非线性的有限元法对三种畸变屈曲模式的构件承载力、变形模式、畸变屈曲应力、横截面应力的分布等相关性能进行比较分析,可看出三种畸变屈曲模式诸性能存在较大不同,同时畸变屈曲与局部屈曲、整体屈曲在相关性能方面也存在不同。采用直接强度法对畸变屈曲轴压柱极限承载力进行计算,计算结果与试验结果较吻合,故在计算畸变屈曲轴压柱极限承载力时建议采用直接强度法。

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。

冷成型钢轴压构件畸变屈曲承载力计算公式研究

对Hancock提出畸变屈曲承载力计算的两条强度曲线公式背景和试验基础进行了研究,并将现行北美规范、澳洲规范及我国行业标准《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》轴压构件畸变屈曲承载力计算公式与Hancock两条强度曲线之间的关系进行分析比较。在此基础上,建议畸变屈曲承载力有效宽度计算的修正公式,并将其与Hancock两条强度曲线进行比较。此外,采用最近的复杂形式卷边槽形截面的试验结果,对上述3个畸变屈曲承载力计算公式进行分析评价和预测准确性验证。结果表明:Hancock两条畸变屈曲承载力计算曲线为各国现行规范的直接强度法和有效宽度法而采用,但二者在部分区段有一定误差;建议的修正公式基本处于两条计算曲线之间,延伸了适用范围并减小了误差,解决了不同规范的较大计算差值,与直接强度计算结果吻合更好;建议的修正公式和现行规范的2个计算公式均能较好地预测板件中间加劲、边缘二次加劲等复杂截面形式轴压构件的畸变屈曲承载力。

钢-混凝土组合梁负弯矩区畸变屈曲弯矩计算公式

侧向弯曲屈曲及侧向弯扭屈曲均为钢-混凝土组合梁负弯矩区钢梁的重要屈曲模式,而现有计算方法通常只考虑到侧向弯曲屈曲,未考虑到侧向弯扭屈曲,因此有一定局限性。本文在钢梁腹板对钢梁下翼缘的转动约束刚度及侧向约束刚度的计算公式上,结合弹性介质中薄壁杆件的屈曲理论推导了工形钢-混凝土组合梁负弯矩区的侧向弯曲屈曲弯矩及侧向弯扭屈曲弯矩计算公式。实例分析表明,现有计算方法均存在一定理论缺陷,本文计算方法更为合理;同时,本文计算式比现有文献中同类型计算式更为简洁,便于手算,实用性强并适于工程应用。

腹板开孔冷弯薄壁钢轴压构件畸变屈曲承载力试验研究

对26根屈服强度235MPa腹板开圆孔冷弯薄壁型卷边槽钢截面轴压构件进行畸变屈曲承载力试验研究,分析了构件屈曲模式和极限承载力,采用国家规范GB50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》计算构件承载力、非线性有限元数值模拟结果与试验结果进行分析比较。在此基础上,对腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件的承载力合理计算模式进行研究。结果表明,对于中等长度腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件主要出现畸变屈曲模式;腹板开孔在对构件畸变屈曲稳定承载力有一定的降低作用,采用折减构件有效截面面积的方法可计算开孔构件的畸变屈曲稳定承载力。

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。