Q690高强钢冷成型方钢管柱轴心受压整体稳定性能试验研究

建筑业去碳化的策略之一是提高工程设计效率以降低对建材用量的需求。近年来,得益于高强钢生产技术的进步,使得这一构想成为可能。高强钢在结构工程中的有效使用可以减少构件尺寸和用钢量以及随后的制造、运输和施工成本,这些将有助于节约资源和减少碳排放。与普通钢Q355相比,虽然Q690高强钢的屈强比高、断后伸长率低,但是其具有优异的比强度。Q690高强钢的这些特性会对结构性能产生较大影响。因此,量化这些特性对结构性能的影响,对于确认其在建筑结构中的适用性非常重要。目前主要的钢结构设计规范中的轴压构件整体稳定承载力计算方法主要是参照普通碳钢Q235和Q355的研究数据而开发的,对于Q690高强钢是否适用,还须进一步验证。因此非常有必要检查这些设计方法对于采用各种制造工艺制造的Q690高强钢轴心受压构件的适用性。为研究Q690高强钢冷成型方钢管柱轴心受压的整体稳定性能,共设计8个试件,包括4种截面尺寸和8种长细比,6 mm和10 mm两种板厚,并通过轴心受压试验对其整体稳定性能进行了研究。试验前对试件的几何初弯曲和荷载初偏心以及截面的纵向残余应力分布均进行了测量。残余应力测量结果显示冷成型方形截面焊缝处的内外表面均存在较大的残余拉伸应变,在截面转角区的外表面和内表面分别存在显著的残余拉伸和压缩应变。轴心受压下所有试件失稳模式均为整体弯曲失稳。将试验结果同中国设计规范GB 50017—2017《钢结构设计标准》和欧洲规范Eurocode 3计算结果进行了对比。结果表明:根据中国规范和欧洲规范建议的设计曲线计算结果均偏于保守,且中国规范建议设计曲线相比欧洲规范更为保守。根据试验结果和设计规范中各柱设计曲线的对比结果,建议采用中国规范和欧洲规范中的a类柱子曲线设计此类Q690高强钢冷成型方钢管柱。

无加劲冷成型方钢管-H形钢梁翼缘板焊接节点受拉性能试验研究

为研究无加劲方钢管柱-H形钢梁节点的特性,对梁翼缘板与柱段焊接组成的节点进行试验研究,分析截面形成方式、钢管成型焊缝位置、与平面受力正交方向上的梁翼缘板约束作用、梁翼缘板端部构造形式以及钢管与梁翼缘板几何参数对连接的力学性能的影响。试验设了3组11个试件,得到单调拉伸荷载作用下各试件的开裂荷载、极限荷载与各部分变形等力学指标。试验研究表明:冷成型钢管承载力和初始刚度较焊接组合截面试件有所提高;钢管成型焊缝的位置对节点受拉承载力及初始刚度没有影响;正交方向梁翼缘板的约束对节点初始刚度略有提高作用;梁翼缘板加宽的连接方式可以提高梁翼缘板的平均应力;影响节点受力性能的主要因素有钢管截面的宽厚比、梁翼缘板与钢管的宽度比和厚度比。

无加劲冷成型方钢管-H形钢梁翼缘板焊接节点管壁变形初始刚度分析

对于无加劲方钢管柱-H形钢梁节点,在H形梁端部弯矩作用下方钢管柱壁变形是节点变形的主要组成部分。为考察无加劲方钢管柱-H形钢梁连接节点的管壁变形特性,在11个试件试验研究基础上,依据单调拉伸荷载作用得到各个试件的管壁变形值。基于经典弹性板壳理论推导管壁变形解答,得到管壁变形的解析表达式,并以此计算管壁变形刚度。通过管壁变形刚度的试验值、拟合式计算值以及理论解答值的比较,验证了利用板壳理论推导解析解答方法的可行性。研究结果表明:影响管壁变形刚度的主要因素是钢管管壁宽厚比;由于冷成型钢管截面存在弯角,管壁计算宽厚比变小,冷成型钢管柱管壁变形刚度较焊接组合截面柱明显提高。

冷成型轴压方钢管柱破坏模式的数值模拟研究

为准确揭示冷成型轴压方钢管柱的受力全过程,对其极限承载力和破坏模式进行了数值模拟研究,并与试验结果进行了对比。分析中考虑了材料非线性和几何非线性的影响。详细阐述了使用ANSYS进行冷成型轴压方管柱建模时需要注意的问题,并根据模拟结果分析了网格密度、初始缺陷等参数对模拟效果的影响。提出了合理的有限元分析模型、网格划分密度、初始缺陷施加方式等一系列具体措施。数值模拟结果与试验结果吻合良好。给出了实际工程中柱边界条件模拟方法的建议。

杭萧多高层钢结构住宅体系的制作和施工

为推进住宅产业化的发展,研发了杭萧多高层钢结构住宅体系。从该多高层钢结构体系的构成出发,对其构成要素——冷弯成型高频焊接方矩钢管柱、高频焊接轻型H型钢梁、钢筋桁架楼承板和汉德邦CCA灌浆墙的制作工艺及施工工艺进行了系统阐述,提出了实现住宅产业化的思路和方法,为"节地型住宅"建设提供了一种新模式。最后通过工程实例,证明该结构体系应用效果良好。