附加纵向加劲肋火灾后冷弯型钢背对背拼合柱弯曲屈曲性能研究

冷弯薄壁型钢结构在道路桥梁建设方面得到了广泛应用。为了研究温度对带附加纵向加劲肋的冷弯型钢背对背拼合柱(CFS-BBC-∑)屈曲承载力的影响,利用ABAQUS软件建立了有限元模型,与试验数据结果进行比较,验证了模型的可靠性,并通过改变试件长度、螺钉间距和温度等条件进行参数分析。结果表明:当螺钉间距增大时(50~300mm),极限承载力呈下降趋势,最低下降至81.7%;温度对试件的极限承载力变化具有显著影响,当20≤T<500℃时,极限承载力下降趋势较平缓,当500≤T<800℃时,极限承载力下降趋势较陡,最低下降至74.7%。同时提出了火灾后CFS-BBC-∑承载力折减系数ηT的预测公式。最后,对直接强度法定义的CFS弯曲屈曲承载能力公式进行评估,分析其准确性与适用性。

冷弯薄壁卷边C形不锈钢梁的力学性能试验

为了研究冷弯壁薄卷边C形钢受弯构件的力学性能,以冷弯薄壁不锈钢梁为研究对象,重点研究加载条件、跨度对构件屈曲模式和受弯承载力的影响。结果发现:试件的加载条件和跨度对冷弯薄壁卷边C形钢受弯构件屈曲模式和极限承载力的影响显著,纯弯加载下的短梁极限承载力高达169.1 kN,破坏模式为畸变屈曲,其余试件破坏模式也为畸变屈曲;腹板V型加劲能够有效抑制腹板鼓曲的产生,提高试件的极限承载力。利用现有直接强度法修正公式的计算结果与试验结果进行对比,以验证公式的准确性。

冷弯不等肢复杂卷边角钢轴压试验及承载力设计方法

为研究冷弯薄壁不等肢复杂卷边角钢屈曲性能和稳定承载力设计方法,对24根不同截面、长细比、宽厚比的不等肢复杂卷边角钢进行了轴压试验。试验结果表明,长细比较大且宽厚比较小的试件易发生弯扭屈曲,长细比较小而宽厚比较大的试件易发生局部屈曲或弯扭和局部相关屈曲。采用ABAQUS有限元软件对试件进行了有限元模拟,屈曲模式和承载力与试验结果吻合良好,表明建立的有限元分析模型是可行的。因此可采用经验证的有限元模型对不同长细比、卷边形式和卷边比的轴心受压不等肢复杂卷边角钢进行了参数化分析。结果表明,试件极限承载力受长细比的影响最为明显,将卷边比控制在一定范围内或改变卷边形式可提高试件极限承载力。最后将试验结果与直接强度法计算结果进行对比,表明直接强度法计算试件承载力较不安全。因此基于试验和数值分析结果提出轴心受压冷弯薄壁不等肢复杂卷边角钢构件考虑整体屈曲后强度的直接强度法修正公式,并通过对比试验结果和有限元分析结果验证了该修正公式的准确性和可行性。

冷弯薄壁折叠翼缘C形不锈钢构件受弯性能分析

为了在同成本下获得更高效的截面形式,利用ABAQUS对前期六组V形加劲C形截面奥氏体304不锈钢受弯构件建立有限元简化数值分析模型,将得到的结果与试验结果进行了对比验证。对应上述六组受弯构件设计了四组与其用钢量相同,但尺寸分布不同的折叠翼缘不锈钢受弯构件,共24组;探讨了折叠翼缘截面不锈钢受弯构件在四点受弯作用下的构件承载性能,并将其与C形截面不锈钢受弯构件的承载性能进行了对比。利用现有的设计计算方法计算了24组折叠翼缘截面受弯构件的极限承载力,并将其与有限元得到的结果进行了比较。对比发现:相同用钢量的情况下,当折叠翼缘截面腹板高度与斜翼缘在腹板平面内的投影长度值之和较C形截面腹板高度提升12%以上时,折叠翼缘截面不锈钢梁的极限承载性能比C形截面更优异,截面形式更加高效。现有的计算方法计算腹板V形加劲的折叠翼缘受弯构件得到的结果比较理想,误差较小;而对于平翼缘V形加劲且宽度较小的构件,计算得到的结果偏大,不能准确地预测构件的极限承载能力。

矿山尾砂胶结充填体抗拉强度测试方法研究进展

矿山尾砂胶结充填是实现金属矿绿色开采的重要技术载体,尾砂胶结充填体抗拉力学性能是影响矿山采场充填体整体稳定性以及确保相邻采场安全高效充填采矿的关键要素。科学、准确测量尾砂胶结充填体抗拉强度是确保矿山充填材料强度合理设计的重要环节。尾砂胶结充填材料属于低强度材料,我国尚无针对尾砂胶结充填材料抗拉性能的统一试验方法或测试标准。系统回顾了矿山充填材料抗拉强度测试方法的应用情况,并指出了当前借鉴混凝土、岩土工程等领域抗拉强度测试方法存在的问题。从抗拉强度直接拉伸测试方法、抗拉强度间接拉伸测试方法和适用于尾砂胶结充填材料的抗拉强度测试方法创新3个方面介绍了最新的测试方法研究应用进展。首先系统梳理总结了4种直接拉伸测试方法及其应用场景,然后研究分析了3种间接拉伸测试方法及其应用条件,并对比分析了两大类不同测试方法的优缺点。在研究分析上述测试方法的基础上,并考虑尾砂胶结充填材料的力学特性,创新发明了一种“工字型”尾砂胶结充填体抗拉强度测试法,研发了相应的压-拉转换装置,实现了用单轴压缩的方式开展胶结充填体试样直接拉伸测试。经中国和加拿大相关矿山和研究机构验证,该方法是适用于矿山尾砂胶结充填材料抗拉性能测试的科学方法,目前已被国际矿业咨询机构—Paterson&Cooke公司、加拿大2家矿业公司、中国3家矿业公司采用,可为国内外金属矿山充填采矿研究与设计提供参考与技术支撑。

冷弯薄壁型钢T形拼合柱轴压性能研究与承载力计算

冷弯薄壁型钢(CFS)全螺栓垫板连接T形拼合柱是一种新型拼合截面柱,在全螺栓连接框架结构中承受集中荷载。目前关于全螺栓连接T形CFS拼合柱轴心受力性能的研究报道较少。基于已有的试验研究成果,建立准确可靠的T形CFS拼合柱数值分析模型,选取构件长细比、板材厚度、垫板的纵向间距等参数,研究在轴压作用下各重要参数对T形CFS拼合柱极限承载力和屈曲模态的影响。结果表明:随着长细比的增大,T形CFS拼合柱的屈曲模式由局部与畸变相关屈曲逐渐转变为整体屈曲,当长细比<104.7时,长细比变化对构件承载力的影响不明显;板厚对构件的承载力变化具有显著影响,在长细比较大的情况下可以改变构件的屈曲模式;垫板的纵向间距对构件的承载力和屈曲模式影响较小,不同垫板纵向间距的构件极限承载力变化均在4.5%以内。最后,将试验和数值分析结果与北美规范中直接强度法计算的名义承载力对比,评估直接强度法对于此类拼合柱承载力计算的适用性。

土体抗拉强度试验研究方法的综述

土体抗拉强度比抗压和抗剪强度数值更小,因此时常被忽略,造成理论及试验的落后。文中系统归纳了土体抗拉强度的间接和直接方法,对比分析了现有试验方法的优缺点,结果表明:(1)土体抗拉强度的单轴拉伸方法按照力的加载方向可以分为垂直法和水平法,而垂直法中土样破坏前上半部分的重量会影响试验的准确性;(2)常用的土样固定方式有粘结、锚固、摩擦力和夹持,它们各有优势,但夹持较前三者更便捷和可操作。最后,提出水平单轴拉伸试验的后续仍需优化的问题。如制样脱模中土样的损耗、土样受拉段应力分布差,无法适用于大骨料砾质土、土样固定方式繁琐、土样与平台间的摩擦力难以消除等。

Q690高强钢焊接箱形截面轴压构件局部稳定性分析

高强钢焊接箱形截面轴压构件已被广泛应用于钢结构工程中.本文利用ANSYS分析软件建立了考虑局部几何初始缺陷和焊接残余应力的有限元模型,对Q690高强钢焊接箱形轴压短柱构件进行有限元分析.对比已有试验数据,验证了所建立有限元模型的可靠性.利用有限元模型进行参数化分析,并对Q690高强钢焊接箱形轴压构件进行局部稳定分析.采用直接强度法(DSM),给出了适用于Q690高强钢焊接箱形轴压构件局部稳定的设计公式.

薄壁冷弯型钢组合截面试件的整体稳定性与承载力研究

将薄壁冷弯型钢试件沿轴向长度拼合,所得组合截面试件的承载力优于单肢试件。为了研究拼合效应对双肢组合截面试件整体稳定性的影响,针对已有试验中的158根双肢组合截面试件开展承载力计算与评估。承载力计算中采用如下假定:不计拼合效应,将双肢试件视为相互独立的试件;考虑拼合效应,分别采用等效截面替代和弹簧约束替代对组合截面进行简化。将承载力计算值与试验结果比较后发现,不计拼合效应的计算值变异系数较大且不可靠,等效截面替代法和弹簧约束替代法的计算精度与可靠性有赖于特定截面参数的选取,对不同类型截面的适用性不佳。因此,针对双肢组合截面试件的拼合效应,基于直接强度法提出了整体屈曲与局部屈曲强度曲线的修正公式,所得承载力计算值有较高的准确性与可靠性,适用性良好。

异形薄壁铝合金截面受弯有限元法计算

由于异形薄壁铝合金截面受弯时易发生畸变屈曲,分别对12根不同计算长度的异形薄壁截面梁的弯扭屈曲临界弯矩的有效厚度解析法与模态分析数值法的分析结果进行比较。然后采用美国标准中的直接强度法,分别对14根相同计算长度、不同厚度的薄壁异形截面,分析不同板件宽厚比对异形截面梁局部屈曲和畸变屈曲承载力的影响。特征值法的计算结果与FSM有限条法的结果实质是统一的,需要准确判断局部屈曲和畸变屈曲模态,并计算相应的低阶屈曲和高阶屈曲的临界弯矩。特征值法求解铝合金结构薄壁异形截面构件方法简单,适用性广、模态分析结果清晰且可以得到较为准确的结果,可以作为规范解析方法的补充计算。

卷边C形截面不锈钢短柱承载力直接强度法

为了研究卷边C形截面不锈钢短柱承载力的计算方法,基于直接强度法,构建了轴心受压和两端受弯矩作用的不锈钢短柱承载力假定模型.结合已开展的38根卷边C形截面不锈钢短柱试验结果,通过参数化有限元分析,对98根轴心受压和94根偏心受压短柱试件进行了数值模拟分析,拟合出适用于卷边C形截面不锈钢短柱承载力的直接强度法计算公式.将拟合公式计算结果与试验结果进行对比分析,结果表明,拟合公式具有较高的精度,可以预测卷边C形截面不锈钢短柱的承载力.

冷弯薄壁型钢四肢拼合立柱轴压承载力设计方法

建立了考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型,在对冷弯薄壁型钢四肢拼合截面立柱的轴压性能试验试件进行模拟分析,验证有限元方法正确性的基础上,对考虑长细比、截面翼缘宽厚比等因素的一系列试件进行了数值分析,并得到其轴压承载力。在相关规范"有效宽度法"和"直接强度法"的基础上,提出了冷弯薄壁型钢四肢拼合截面立柱轴压承载力的设计方法:有效计算长度法和修正系数法。研究结果表明:试件最终破坏均呈现局部屈曲和畸变屈曲的破坏模式;在未考虑计算长度系数折减的情况下,当长细比小于50时,各规范公式计算值均略低于试验值和有限元值,吻合较好,当长细比大于50时,公式计算结果过于保守。

基于直接强度法的冷弯薄壁开口多次卷边槽钢立柱截面形式研究

现有组装式货架结构的冷弯薄壁开口多卷边柱截面较复杂,加劲高度、侧边高度、斜卷边坡角等参数的变化均对截面加工成形的精度有较大影响。本文基于直接强度法,结合参数化有限元分析,对比研究多卷边柱截面的有限元及使用中国规范、北美规范的计算结果。研究结果表明:对于冷弯薄壁开口多卷边柱,短柱失稳以畸变屈曲为主、辅以局部屈曲,长柱失稳以弯扭失稳为主;对于短柱及中长柱,有限元分析结果与两种规范均吻合良好,长柱则不够理想,相对于有限元结果,中国规范计算值偏低22.9%,北美规范计算值偏低17.0%,两种规范计算值均偏保守,此结果可以为该类截面规范公式修订提供参考。综合考虑截面性能及工艺要求,提出了一种与原有截面S0相比既能提高加工精度又能提高稳定承载力的截面形式S4。

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。

冷弯薄壁型钢构件的直接强度法

直接强度法(DSM)是一种不采用有效截面而取用全截面对冷弯薄壁型钢构件进行设计的全新方法。该法可计算冷弯薄壁型钢板件屈曲后的构件承载力,还可计算畸变屈曲构件的承载力。介绍了直接强度法的基本概念、发展现状、研究成果和设计方法等。用实例说明了直接强度法的计算过程,供设计研究参考。

中美规范关于卷边槽形受弯构件承载力比较分析

新近纳入北美规范NAS 2004的直接强度法对冷弯型钢构件的畸变屈曲要求单独验算,但《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018-2002)对此还无明确规定。在总结冷弯型钢构件畸变屈曲性能的基础上,对其承载力计算方法给予介绍,由简化模型计算得到的受弯构件的畸变屈曲弹性临界应力中,引入直接强度法计算“规范”(GB 50018-2002)附录中卷边槽形受弯构件的承载力。结果表明,附录中部分截面的受弯承载力由畸变屈曲控制。同时,NAS 2004与“规范”(GB 50018-2002)计算结果的比较表明,“规范”(GB 50018-2002)的计算规定虽安全,但太过保守。因此,提出将翼缘屈曲系数调高至3.0的建议。

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f_(y)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f_(y)=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。

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。

6082-T6铝合金构件受弯承载力计算方法

为获得6082-T6铝合金箱型截面构件受弯承载力的计算方法,通过24个材性试验和19根箱型截面构件三点弯曲试验结果,在ABAQUS有限元模型获得弯曲试验结果验证的基础上,对468根铝合金三点弯曲构件进行数值模拟分析.鉴于现行美国、欧洲和中国铝合金设计规范在计算受弯构件的承载力时,均未考虑板组效应的影响,且计算过程繁琐,结果相对保守,针对6082-T6铝合金箱型截面受弯构件,基于直接强度法,提出了考虑材料非线性特征和构件初始缺陷的受弯承载力计算方法.最后,将本文提出方法的计算结果与试验数据及各国规范计算结果进行对比,结果表明:本文提出的计算方法具有较高精度,且使用简便,可较好预测6082-T6铝合金箱型截面三点弯曲构件的受弯承载力.

冷弯薄壁C型钢绕强轴偏心受压构件的极限承载力

冷弯薄壁型钢结构多采用有效截面法对构件承载力进行计算,该方法计算繁杂且未考虑构件的畸变屈曲性能。直接强度法采用全截面计算各类参数,能够考虑各种单独屈曲模式及其相关屈曲对构件稳定性能的影响,但目前该方法并不能应用于压弯构件。对冷弯薄壁C形钢绕强轴偏压构件的稳定性能进行参数分析,探讨了构件长度、偏心距、腹板高厚比、翼缘宽厚比和卷边高厚比等因素对构件承载力的影响规律。结合有限元分析结果,基于轴压构件和纯弯构件的直接强度法公式,提出了冷弯薄壁型钢绕强轴偏压构件的极限承载力计算方法。