冷弯型钢构件腹板压跛研究进展与趋势

随着冷弯型钢在建筑行业中的应用和发展,对其构件破坏模式及相应承载力计算方法的研究不断深入。冷弯型钢构件板壁较薄,在支承反力或横向局部集中荷载作用下,未加劲腹板区域受到高密度局部集中荷载作用易发生腹板压跛破坏,在设计过程中应当充分重视。对冷弯型钢构件腹板压跛研究进展进行了总结,阐述了冷弯型钢构件腹板压跛研究的3个发展阶段,同时,归纳了各国冷弯型钢结构设计规范中有关腹板压跛的相应条例,指出了目前腹板压跛研究领域亟待解决的关键问题,并对冷弯型钢构件腹板压跛研究趋势予以展望。

冷弯型钢受压构件几何缺陷研究综述

随着国家乡村振兴战略的实施,农房建设成为美丽乡村建设的重要内容。大力推广绿色装配式冷弯薄壁型钢结构体系,对我国美丽乡村建设及实现“碳达峰碳中和”目标均有助力,冷弯薄壁型钢结构具有自重轻、强度高、装配方便、绿色环保等优势。然而,冷弯型钢受压构件由于其轻质特性,初始几何缺陷对其稳定性影响极大,进而影响整体结构的承载能力,因此国内外学者均对冷弯型钢受压构件的初始几何缺陷进行了相关研究。通过综述缺陷测量技术、缺陷特征分类与分析、几何缺陷仿真及现有数值模拟方法、中美欧规范比较等方面,总结了国内外缺陷已有成果,对国内外多种初始几何缺陷进行了统计与分析,进而对冷弯型钢受压构件几何缺陷研究与随机缺陷分析方法、高精度仿真分析与缺陷下的构件的二阶分析时的承载力设计的发展方向提出了一些见解,希望为绿色装配式冷弯薄壁型钢结构体系的技术发展与设计方法提供一定参考。

冷弯薄壁型钢构件的直接强度设计法

受压或受弯的冷弯薄壁卷边槽钢有板件局部屈曲,截面畸变屈曲和整体弯曲屈曲或弯扭屈曲三种模式。本文着重介绍板件的相关屈曲和计算截面畸变屈曲应力的方法并阐述了三种屈曲模式之间的相关关系。指出用传统的有效截面设计法计算受压和受弯冷弯薄壁卷边槽钢承载力的弊端,较详细地说明了用构件全截面计算的直接强度设计法。

冷弯薄壁型钢构件畸变屈曲研究现状

冷弯薄壁型钢开口截面构件受力过程中除出现局部屈曲和整体屈曲外,还可能出现另外一种畸变屈曲模式,畸变屈曲以及其与局部屈曲、整体屈曲的相关作用会降低构件的极限承载力,改变构件的受力性能。介绍了畸变屈曲的特点和性能,总结了国内外冷弯薄壁型钢构件畸变屈曲试验与理论研究成果,并对北美规范、澳洲规范、欧洲规范、英国规范以及我国规范关于畸变屈曲的设计计算方法进行了归纳介绍,最后在分析的基础上总结了畸变屈曲研究目前尚需解决的问题。

冷弯薄壁C和Z型钢组合框架低层住宅的承载能力比较

利用遗传算法和直接强度法(DSM)得到轴压下优化后的冷弯薄壁卷边C和Z型钢,取相同截面积时两者的最优尺寸相同.利用有线条(CUFSM)和DSM,验证了单根冷弯C和Z型钢的临界屈曲荷载和极限承载力基本对应相等.随后,基于有限元软件SAP2000对冷弯薄壁型钢单层住宅整体建模,将优化后尺寸相同的C和Z型钢应用于结构中,施加相同的荷载,发现两者整体结构的临界屈曲载荷不同,Z型钢房屋框架屈曲后承载能力更高;承载薄弱的风向角所对应的Z型钢房屋组合框架屋檐等薄弱区域所承受的轴力较C型钢房屋更小,因此认为在用钢量相同的前提下,低层房屋建设选择Z型截面更优.

基于哈密顿体系的薄壁型钢构件的整体稳定性分析

根据薄壁杆件弯扭耦合变形的经典理论,建立轴心压力作用下的薄壁型钢构件的弯扭稳定分析的计算模型,导出拉格朗日函数和拉格朗日方程;并引入对偶变量,将问题导入哈密顿对偶求解体系,建立型钢构件稳定问题的哈密顿正则方程,最后利用混合能的精细积分法及二分法求出临界荷载。本方法思路清晰,计算精度高,可推广应用于变截面构件的稳定性分析。

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。

冷弯薄壁型钢C形截面构件受弯承载力试验研究

为了研究冷弯薄壁型钢构件的受弯性能,对卷边形式为直卷边、斜卷边和复杂卷边的冷弯薄壁型钢C形截面受弯构件进行了试验研究。共计24个试件,分为12组试验,其中纯弯试验和非纯弯试验各6组。试验结果表明,卷边形式是影响构件受弯承载力的重要因素。试验中出现了局部屈曲、畸变屈曲以及局部和畸变的相关屈曲。对比两种受弯状态下的承载力发现,非纯弯时试件的承载力比纯弯时均有所提高,但提高的幅度和试件的屈曲模式有关,当发生畸变屈曲时提高得较多,而发生局部屈曲时提高得较少。利用有限元程序ANSYS对试验进行模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。

冷弯薄壁型钢轴压构件畸变与整体相关屈曲承载力计算方法研究

基于我国《冷弯型钢结构技术规范》(征求意见稿)和北美规范及澳洲/新西兰规范中的直接强度法,利用国内外已有的试验数据,计算了60根破坏模式为畸变与整体相关屈曲的轴压试件以及50根破坏模式为畸变屈曲的轴压试件的承载力。通过计算值与试验值的对比分析表明:我国《冷弯型钢结构技术规范》(征求意见稿)中直接强度法所计算的轴压试件畸变与整体相关屈曲的承载力与试验值之比的平均值接近1.0,结果较为理想;计算所得的轴心受压试件畸变屈曲的承载力明显高于试验值,偏于不安全。基于上述结果,对《冷弯型钢结构技术规范》(征求意见稿)中直接强度法计算畸变屈曲的承载力提出了相应建议,即畸变与整体相关屈曲的承载力计算公式和畸变屈曲的承载力计算公式不应统一,应区别对待或给出附加核查条件,在计算畸变半波长度和畸变屈曲的承载力时,采用屈服荷载而非构件整体稳定承载力。

腹板开孔冷弯卷边槽钢轴压构件畸变屈曲分析

采用通用有限元软件ABAQUS,对冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件的腹板开孔的类型、开孔大小、开孔位置等参数进行分析,研究腹板开孔对构件发生畸变屈曲时屈曲稳定系数k值的影响。结果表明:开孔位置会影响其屈曲模式;多孔间距存在一个安全距离;腹板开圆孔或长圆孔时,构件屈曲系数k有着不同程度的降低。根据影响开孔构件畸变屈曲的主要参数,提出了开孔构件的端距限值和孔间距限值;对腹板开圆孔和长圆孔冷弯薄壁卷边槽钢轴压构件的畸变屈曲稳定系数进行分析并给出了相应的建议计算式。

新型轻钢货架在智慧冷库中的应用

货架作为冷库主体结构的重要部分,其型式决定了冷库的建设高度、存货量、空间利用率和占地面积。中韩(长春)国际合作示范区冷链物流产业园建设项目的智慧冷库货架材料为Q355D的新型冷弯薄壁开口型钢,质量轻、强度高、低温性好。货架与库体紧密结合,抗震性强,抗风载能力强,结构更稳固。货架在施工上采用模块化吊装技术辅以流水作业施工的方法来节省工期,推广前景广阔。

薄节点板受压性能分析

在美国，越来越多的工程师采用冷弯型钢构件做为屋面和楼面桁架。但是，目前还缺少关于薄节点板受压性能和设计方面的分析。因而，Missouri-Rolla大学对薄节点板受压性能进行了试验研究和理论分析。实验中主要参数有：节点板的厚度、宽度和长度，锚固件的位置和形状。文中还采用平面板模型和柱模型两种方法来计算薄节点板的受压强度。本文根据研究结果提出了一些设计建议。

规程CECS102:2002的三个设计计算问题及其解决办法

就《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)的应用提出以下设计计算中的问题及其解决方法:冷弯薄壁型钢檩条的强度验算公式引用现行规范GB50018—2002,没有考虑蒙皮效应的影响,而风吸力作用下整体稳定验算公式引用欧共体规范EC3的计算模式,考虑了蒙皮效应的影响,在少设拉条的情况下会得到悖理的计算结果,这两者的计算公式应统一配套考虑蒙皮效应的作用;在计算有效截面时,冷弯薄壁型钢构件卷边翼缘的屈曲系数取值偏小,应根据卷边的相对刚度加以提高可得到更合理的、较大一些的有效截面;隅撑-檩条能否作为屋面梁平面外完全的支承条件取决两者的相对刚度,通过计算隅撑-檩条体系下主构件的临界弯矩可得到屋面梁平面外合理的计算长度。