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。

工形对称截面不锈钢梁变形性能的试验研究

为研究国产不锈钢梁的非线性变形性能,对4根焊接不锈钢梁进行静力加载试验,并采用有限元软件ANSYS进行数值模拟。试验材料为国产奥氏体不锈钢316,加载类型包括单点加载和两点加载。试验结果表明:由于不锈钢材料非线性的影响,在荷载水平较大时,不锈钢梁的变形性能具有明显的非线性;当材料屈服时,塑性挠度占总挠度的50%左右;出现较大的平面外位移时,塑性挠度增加更加显著。该试验结果可为国产不锈钢梁的挠度计算提供依据。

工形对称不锈钢梁变形性能的有限元分析

为了研究国产不锈钢梁的变形性能以及残余应力模型和不锈钢材性对其的影响,采用了多种计算方法得到不锈钢梁的荷载—挠度曲线,并通过试验进行验证。这些方法分别为:通用有限元软件ANSYS数值模拟,本课题组王元清教授推荐的修正方法,E Real等人提出的简化方法以及欧洲规范3推荐的计算方法。采用的残余应力模型分别为Gardner和本课题组推荐的残余应力模型。不锈钢材性分别取自不锈钢母材、焊接后梁截面以及欧洲规范3推荐的数值。结果表明:在有限元分析中,残余应力模型对不锈钢梁荷载—挠度的影响不明显,材性对其影响主要体现在极限承载力上,采用母材或焊接后材性数据得到的荷载—挠度曲线相差不大,均可在有限元分析中采用;在理论计算中,采用焊接后材性数据计算结果最接近试验值;各方法得到的挠度均小于试验值。本文的分析结果可为不锈钢梁的挠度计算提供依据。

弯剪共同作用下不锈钢薄腹梁承载性能试验研究

为研究不锈钢薄腹梁在弯矩和剪力共同作用下的承载性能,进行了6根焊接工字形截面不锈钢梁的试验研究。结果表明,所有梁试件的破坏形态为结合了腹板剪切屈曲和受压区板件局部鼓曲的弯剪联合屈曲。建立精细有限元数值模型对试验过程进行模拟,同时考虑了不锈钢材料、几何双非线性,局部几何初始缺陷和焊接残余应力的影响。基于得出的试验和有限元分析结果,对我国《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)中考虑腹板屈曲后强度的梁弯剪相关计算方法进行评估。分析表明:当梁的极限承载力受剪切控制时,腹板正则化宽厚比较大时的规范计算承载力偏于保守,而正则化宽厚比较小时的计算承载力与试验和有限元分析结果较为接近;当梁的极限承载力由弯剪共同作用控制时,规范中公式的承载力计算值偏于安全。总体而言,GB 50017—2017的计算方法可以直接应用于计算不锈钢焊接截面梁在弯剪共同作用下的极限承载力。

不锈钢焊接截面简支梁非线性变形性能研究

为研究不锈钢梁非线性变形性能,对5根不锈钢焊接工字形截面梁开展三点弯曲加载试验。建立了考虑不锈钢材料非线性、构件几何初始缺陷和截面焊接残余应力的有限元模型,根据试验结果对数值模型的准确性进行验证。基于验证的有限元模型,对中国CECS 410《不锈钢结构技术规程》和Real-Mirambell建议的不锈钢梁挠度计算方法进行分析。在此基础上,根据平截面假定和不锈钢应力–应变关系曲线,提出不锈钢梁截面屈服弯矩M0.2的简化计算公式;考虑截面焊接残余应力对梁初始变形刚度的不利影响,提出针对不同材料牌号梁变形刚度的折减系数建议取值,对CECS 410和Real-Mirambell的挠度计算方法进行修正。分析结果表明,修正公式能够准确合理地计算不锈钢焊接工字形梁的挠度。

不锈钢工字形梁抗剪承载力有限元分析

根据不锈钢的材料属性,采用有限元方法对不锈钢梁进行分析,同时考虑材料非线性和几何非线性的影响,对不锈钢四边简支板屈曲荷载计算式进行修正。此外,对不锈钢工字形薄腹板梁腹板屈曲荷载的计算方法也进行了研究,指出已有计算方法的不完善之处,提出了新的影响不锈钢梁腹板屈曲系数的参数。通过对176根梁进行有限元分析,得出考虑材料非线性和翼缘约束的屈曲系数计算式。

不锈钢桁架柱和梁的承载力试验研究

为研究某实际工程的不锈钢桁架柱在受压及压弯、不锈钢桁架梁在受弯状态下的承载力,对6个不锈钢桁架柱和3个不锈钢桁架梁进行试验研究。对试件的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线等试验结果进行分析,得到不锈钢桁架柱和梁破坏形态、受力机理,及其影响承载力的主要因素。试验结果表明,试件的破坏均为受压直杆平面外失稳,且没有发生材料破坏,不锈钢呈现出明显的非线性,强度较高,延性较好。试验为此种不锈钢桁架柱和梁的工程实际应用提供了直接的依据,对不锈钢作为结构受力主材的应用提供了参考。

错位法门形节段装配式不锈钢制梁台座设计与应用

针对传统台座制梁外观差、构件不通用、设置繁杂等不足,提出一种错位法门形节段装配式不锈钢制梁台座。该种台座在普通钢台座的基础上进行优化,设计成不同长度及宽度的标准节段,面板采用镜面式非复合不锈钢面板,通过在台座下部增设支腿,使结构形状总体呈门形;同时台座设计异形错位调整系统、节段连接系统、反拱调节系统、整体锚固系统,可在长度及宽度方向进行自由组合拼装。将该种台座应用于甬台温高速公路复线平苍段第三标段2座桥梁工程中(需预制梁型及梁底宽度种类多),极大地提高了混凝土构件的外观质量,提高了台座的通用性,加快了工程进度,降低了施工成本和环境破坏程度,减少了台座的设置和资源浪费。

各国规范不锈钢受弯构件设计方法比较分析

目前,不锈钢材料已经在建筑结构中得到了广泛的应用,国外已经有多本不锈钢结构设计规范,但中国尚没有类似规范。本文根据欧洲规范EN1993-1-4、美国规范SEI/ASCE8-02、澳大利亚和新西兰规范AS/NZS4673对简支不锈钢梁的设计过程进行对比,包括截面抗弯承载能力验算、稳定承载能力验算、抗剪承载能力验算、挠度验算等,给出了相关实例计算并对设计结果进行了比较。结果表明,欧洲规范3对于不锈钢梁的设计过程的规定较为详细,通过欧洲规范进行设计所得的结果更加保守。

氨法脱硫吸收塔内不锈钢腐蚀缺陷分析及处理

解决田东电厂氨法脱硫吸收塔内316L不锈钢支撑梁腐蚀断裂问题。通过分析吸收塔内部各位置浆液中氯、氟离子浓度,发现浆液氯、氟离子浓度最高分别达到6 000 mg/L、19 200 mg/L,超过316L不锈钢允许使用范围。为此,将塔内所有316L不锈钢支撑梁换为表面涂玻璃鳞片防腐碳钢钢梁。经过近一年的运行,所换钢梁没有出现任何腐蚀现象,防腐效果良好。

不锈钢芯板梁受弯性能有限元分析

不锈钢芯板梁是一种新型夹层结构,由面板和芯子组成,其芯子由薄壁圆管按照一定间距排列组成,面板和芯子应用铜钎焊焊接.采用非线性有限元的分析方法,对这种新型组合截面梁在不同截面参数下的屈曲模式、变形过程、荷载-竖向位移曲线等方面进行分析,全面研究新型受弯构件的力学性能.研究表明:截面宽厚比、高宽比对不锈钢芯板梁的抗弯承载力影响较大,跨高比对极限承载力影响较小;由于芯子对面板的约束,构件腹板局部变形小,材料能够得到充分的应用,抗弯承载力高;但超过一定限度,增大芯子刚度不会再提高构件的极限承载力;研究分析结果可以为工程设计提供参考依据.

配置高强不锈钢钢筋混凝土梁受弯承载力试验研究

对6根配置500MPa级不锈钢钢筋的混凝土简支梁和2根配置500MPa级普通热轧带肋钢筋的混凝土简支梁进行了两点集中加载的受弯承载力试验研究,分析了混凝土强度、纵筋配筋率等对不锈钢钢筋混凝土梁的影响。研究结果表明,试件均为适筋受弯破坏,其荷载-位移曲线呈三折线;配筋率相同时,不锈钢钢筋混凝土梁承载力不低于普通钢筋混凝土梁;按《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)规定计算的试件受弯承载力与其试验值之比平均为0.68,具有较高的安全储备。

不锈钢受弯构件的试验研究

采用国产的304牌号不锈钢,针对冷成型SHS、RHS和焊接工字钢截面,11种不同截面规格,共39根受弯构件,进行受弯构件试验研究。考察两端简支不锈钢梁在不同的加载方式和腹板约束条件下的极限承载力和破坏形式。通过试验发现:两端简支不锈钢冷成型SHS、RHS梁在集中荷载作用下根据加载方式和腹板约束条件的不同,主要有3种破坏形式,即整体弯曲破坏、腹板压屈破坏、两者耦合破坏。两端简支不锈钢焊接工字形梁在集中荷载作用下以发生弯扭失稳为主。在对两端简支不锈钢梁截面的抗弯强度、非线性挠度以及平面外稳定等受力性能分析的基础上,将试验结果与欧洲不锈钢设计规范(EN1993-1-4)和美国不锈钢设计规范(SEI/ASCE 8-02)进行对比分析。对比结果表明:试验得到的构件抗弯强度和平面外稳定承载能力均高于上述规范计算值,规范偏于保守;按上述规范计算得到的挠度小于试验值,规范偏于不安全。

不锈钢受弯构件挠度计算方法研究

为了给我国第一部《不锈钢结构技术规程》中受弯构件挠度计算提供依据,对目前国内外已有的相关计算方法进行对比分析。结果表明:受不锈钢材料非线性的影响,不锈钢受弯构件的挠度计算与普通低碳钢结构有较大的不同,现有计算方法均存在不足。基于不锈钢材料的Ramberg-Osgood模型和平截面假定,提出计算受弯构件挠度的近似曲率法,并给出关键参数屈服弯矩M0.2的近似计算表达式。采用国内外已有的试验数据,对提出的计算方法进行验证。结果表明:与国内外已有计算方法相比,近似曲率法表达式相对简单,能够准确地计算不同截面类型、不同荷载方式和不同材料种类下不锈钢受弯构件的挠度。

某化工厂房结构改造设计及分析研究

基于某化工厂房生产线技术改造,对原厂房提出结构改造方案;介绍了底层动力设备的防振措施,节点构造措施及构件防腐措施。

Behaviour of cold-formed stainless steel beams at elevated temperatures

A study of the behaviour of constructional cold-formed stainless steel beams at elevated temperatures was conducted in this paper. An accurate finite element model (FEM) for stainless steel beams was developed using the finite element program ABAQUS. Stainless steel beams having different cross-sections were simulated in this study. The nonlinear FEM was verified against the experimental results. Generally, the developed FEM could accurately simulate the stainless steel beams. Based on the high temperature stainless steel material test results, a parametric study was carried out on stainless steel beams at elevated tem- peratures using the verified FEM. Both high strength stainless steel EN 1.4462 and normal strength stainless steel EN 1.4301 were considered. A total of 42 stainless steel beams were simulated in the parametric study. The effect of temperatures on the behaviour of stainless steel beams was investigated. In addition, a limiting temperature for stainless steel beams was also proposed.