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。

冷弯薄壁型钢纯弯构件截面分类

为研究冷弯薄壁卷边槽钢纯弯构件截面分类,基于试验数据验证后的有限元模型,对不同板件宽厚比下冷弯薄壁卷边槽钢纯弯构件进行了大量的参数分析。结果表明:抗弯承载力随翼缘与腹板宽厚比的减小而增大。在考虑翼缘与腹板相关作用的前提下,基于截面承载力得出板件截面宽厚比限值,提出了冷弯薄壁卷边槽钢纯弯构件截面分类方法。

开孔冷弯薄壁卷边槽钢柱轴压性能的试验研究

为研究腹板开孔具中间加劲肋的冷弯薄壁卷边槽钢构件的受压性能,对两种截面形式的短柱和中长柱共计16根轴压构件的承载力和屈曲模式进行了试验分析.结果表明:所有试件均发生畸变屈曲失效,中长柱试件还伴随有绕弱轴的整体弯曲;腹板孔洞导致构件屈曲模式发生变化,孔洞周边板件有局部屈曲产生;孔洞的存在使试件承载力降低,短柱试件承载力的减小幅度比中长柱试件的大;同组试件中畸变初始缺陷大的,一般承载力较小,畸变变形偏大;极限承载力下开孔构件的畸变变形一般大于未开孔构件.文中还对所有试件进行了有限元模拟,发现有限元分析结果与试验值吻合较好.

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。

用我国规范计算高强冷弯薄壁卷边槽钢柱的适用性

在分析比较冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB 50018-2002)、欧洲规范Eurocode3(EN1993一1-3)和北美规范(AISI S100一2007)的基础上,结合已有试验结果,针对比Q345钢强度更高的钢材制成的冷弯薄壁卷边槽钢柱的极限承载力进行了较深入的探讨和对比分析。结果表明:按冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB5001 8一2002)计算两端固支槽钢柱是可行的。

冷弯薄壁卷边槽钢柱弹性畸变屈曲实用计算方法

畸变屈曲是冷弯型钢结构稳定设计的重要屈曲模式之一,正逐步受到人们的重视。传统的有效宽度法难以解决畸变屈曲计算问题,在新近提出的直接强度法中,弹性畸变屈曲应力f_(od)的求解是畸变屈曲计算的关键。利用现有文献数据,针对冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱,分析了截面各种几何参数对畸变屈曲应力f_(od)的影响,在此基础上拟合得到了f_(od)的计算式,从而提出可用于直接强度法的卷边槽形冷弯薄壁型钢柱弹性畸变屈曲实用计算式。该式不仅简单实用、物理意义明确,而且具有较高工程精度,既摆脱了对专用计算程序的依赖,又避免了繁琐的计算。

宽厚比对三肢半开口冷弯薄壁型钢拼合柱轴压性能的影响

为研究宽厚比对三肢半开口冷弯薄壁型钢拼合柱轴压承载力的影响,采用ABAQUS非线性有限元分析了2种截面尺寸,4种厚度,3种长度,共计24根试件,并对拼合柱的极限承载力和最终破坏形态进行了分析。有限元结果表明对于相同长度和相同截面厚度的拼合柱,当截面尺寸从92mm增加到143mm时,其轴压极限承载力变化不明显;对于相同长度和相同截面尺寸的拼合柱其轴压极限承载力随宽厚比的增加而下降,且下降显著,下降幅度在20%左右。

冷弯薄壁卷边型钢-混凝土组合梁受弯承载力数值模拟分析

冷弯薄壁型钢常被应用于轻钢结构建筑中,本身具备良好的受力性能、承载能力、轻质高强、便于施工安装,但国内对于冷弯薄壁卷边型钢以及混凝土的组合结构研究较少。为了研究冷弯薄壁卷边型钢-混凝土组合梁结构的受弯性能,通过有限元软件建立三维模型进行数值分析研究。通过对比同截面高度、用钢量情况下以及与工字形钢-混凝土组合梁结构构件的受力性能之间的差异,分析冷弯薄壁卷边型钢-混凝土组合梁的受力变形机理。研究结果表明:卷边型钢对于混凝土的约束作用能够较大程度提升组合梁的受弯承载能力;同截面高度的情况下,冷弯薄壁卷边型钢-混凝土组合梁比工字形钢-混凝土组合梁的受弯承载能力高;同用钢量情况下,有构造措施的腹板开槽冷弯薄壁卷边型钢-混凝土组合梁的受弯承载能力远高于实腹的冷弯薄壁卷边型钢-混凝土组合梁;FL梁比同截面高度的PEC梁承载能力低12.7%,但前者比后者用钢量少了29.8%。

冷弯薄壁卷边槽钢柱弹性畸变屈曲GBTUL计算

冷弯薄壁卷边槽钢柱应用广泛,弹性畸变屈曲是冷弯薄壁卷边槽钢柱设计中的重要参数.GBTUL是一款基于广义梁理论的免费程序,针对冷弯薄壁卷边槽钢柱弹性畸变屈曲计算,从截面分析、屈曲模式选择、构件分析、结果分析四个方面详细介绍GBTUL计算分析过程.结合有关文献,进行了计算对比,分析计算偏差,展示了GBTUL计算特点,并指出GBTUL在处理相关屈曲计算方面的优势.

Q345冷弯薄壁卷边槽钢柱承载力计算方法

在分析比较有效宽度法(EWM)和直接强度法(DSM)的基础上,针对Q345冷弯薄壁卷边槽钢柱的极限承载力进行了较深入的探讨和对比分析。计算与试验结果表明:按冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB50018-2002)计算槽钢柱是可行的。

冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱承载力的计算方法

对冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱承载力进行了稳定承载力计算,结果表明:直接强度法可以有效地预测冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱的稳定承载力,与GB 50018-2002中的有效宽度法计算结果和试验结果吻合良好且偏于安全。

冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱有效宽度法和直接强度法计算对比

对冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱承载力分别用中国规范(GB50018-2002)中的有效宽度法和美国规范AISI S100-2007附录中的直接强度法(DSM)进行了稳定承载力计算。计算结果表明:采用0.85f y的直接强度法可以有效预测冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱稳定承载力,与GB50018-2002中的有效宽度法计算结果吻合较好,可供修订规范和设计时参考。

Q345冷弯薄壁卷边槽钢轴压长柱承载力计算方法

在分析比较中国国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB50018-2002)》和欧洲标准《Eurocode3(EN 1993-1-3)》的基础上,针对Q345冷弯薄壁卷边槽钢轴压长柱的极限承载力进行了较深入的探讨和对比分析。试验与理论分析表明:按中国国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB50018-2002)》计算卷边槽钢轴压长柱是可行的,且偏于安全。

高强薄壁冷弯卷边槽钢柱承载力计算方法

在分析比较有效宽度法(EWM)和直接强度法(DSM)的基础上,以1 mm厚Q345冷弯薄壁卷边槽钢柱为例,对其极限承载力进行了较深入的探讨和对比分析,计算与试验结果表明:按GB 50018-2002冷弯薄壁型钢结构技术规范计算槽钢柱是可行的。

四肢拼合冷弯薄壁型钢截面立柱轴压性能试验研究及数值分析

对不同长细比的8根四肢拼合冷弯薄壁型钢截面立柱的轴压性能进行试验研究,在试验研究的基础上建立考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型,并通过对试验试件的数值模拟,验证有限元方法的正确性。采用数值方法分析长细比、连接螺钉间距、截面翼缘宽厚比对四肢拼合冷弯薄壁型钢截面立柱轴压性能的影响。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;四肢拼合冷弯薄壁型钢截面立柱的轴压性能具有"1×4≥4"的拼合效应;随着长细比的增大,四肢拼合立柱的最大承载力和刚度逐渐降低;当螺钉间距在150～450mm之间变化时,四肢拼合立柱的最大承载力和刚度变化不大;减小四肢拼合立柱截面的翼缘宽厚比,可以显著提高其最大承载力。

冷弯薄壁型钢组合墙体墙架柱的轴压性能试验研究

对冷弯薄壁型钢组合墙体墙架柱的轴压性能进行试验研究,分析是否覆墙面板、墙面板材料、自攻螺钉间距以及墙架柱间距等因素对墙架柱在竖向荷载作用下的稳定承载力的影响。6块足尺组合墙体试件的试验结果表明:墙架柱覆墙面板后,竖向荷载下的稳定承载力提高明显;纤维增强硅酸钙防火板(CSB板)约束的墙架柱较单面定向刨花板(OSB板)约束的墙架柱稳定承载力提高18.8%;墙面板为OSB板采用常规螺钉间距150mm和300mm时,螺钉间距改变对墙架柱稳定承载力影响微小,但当墙面板为CSB板时,螺钉间距由300mm加密至150mm,稳定承载力反而减小;墙架柱间距增大时,其稳定承载力略有降低。通过研究GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》与试验结果的对比,提出各组合墙体墙架柱计算长度系数的建议取值,同时提出通过对规范公式添加修正系数来考虑各种因素对墙架柱稳定承载力影响的设计方法。

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。

竖向荷载作用下冷弯薄壁型钢墙架柱的承载力

采用有限元法对冷弯薄壁型钢住宅墙架柱在竖向荷载作用下的承载力进行了分析。通过对不带墙板墙架柱和一面石膏板、一面定向刨花板墙架柱试验试件在竖向荷载作用下的承载力、破坏模式和变形分析,验证了有限元法的正确性。采用有限元法分析了墙板厚度、柱间距、螺钉间距等参数对墙架柱承载力的影响。结果表明,当墙板厚度在11 mm以上时,增大墙板厚度不能提高墙架柱的轴向承载力;当墙架柱间距由400 mm增大到600 mm时,轴向承载力略有提高;当中间螺钉间距大于600 mm时,减小螺钉间距可显著提高墙架柱轴向承载力;当中间螺钉间距小于600 mm时,继续减小螺钉间距对轴向承载力的提高不明显。分析了冷弯薄壁型钢住宅中常用墙架柱在竖向荷载作用下的承载力,给出了这种墙架柱轴向承载力的设计建议。

冷弯薄壁型钢四肢拼合箱形柱偏压受力性能试验研究与数值分析

对冷弯薄壁型钢四肢拼合箱形截面立柱进行轴压和偏压试验研究,得到各试件的荷载-位移曲线和极限承载力,详细分析了试件的屈曲模式和破坏特征。建立了考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型对试验试件进行模拟分析,两者吻合较好,验证了有限元方法的正确性。进而采用数值方法分析了构件长细比、螺钉间距和位置、偏心距和偏心方向对该类拼合立柱偏压受力性能的影响。结果表明:双向刀铰支座可以很好的实现铰接;螺钉间距为300mm时,拼合柱各肢整体协同工作性能良好;轴压和绕弱轴偏压试件最终破坏模式均为绕弱轴整体弯曲,绕强轴偏压时,试件破坏模式为弯扭失稳,但扭转不明显;拼合柱的偏压极限承载力和刚度随长细比和偏心距的增大而降低;偏心距相同时,拼合柱绕强轴偏压的极限承载力和刚度比绕弱轴偏压略高。