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。

混凝土受压构件的力学行为及设计计算

受压构件是混凝土结构课程的主要内容之一,包括轴心受压构件和偏心受压构件.通过轴心受压构件的学习,主要让学习者加深对钢筋与混凝土共同受力时的力学行为的认识;而偏心受压构件的受力状态较复杂,特别是小偏心受压学习起来有一定难度.而一般教材中对有些问题的认识存在偏颇,有些问题没有交代清楚.主要针对轴心受压构件的应力重分布、大小偏心受压的判别条件及其应用、小偏心受压的不同受力状态及其计算方法等问题作了一些较深入的探讨,以期与同行交流,同时希望对"混凝土结构"的学习有所帮助.

锈蚀钢筋混凝土偏心受压构件承载力试验研究

采用外加电流对混凝土中钢筋进行了快速锈蚀试验 ,通过锈蚀钢筋混凝土偏心受压构件的试验研究表明 ,随钢筋锈蚀程度的不同 ,偏心受压构件的承载力和延性有不同程度的降低 ,由于钢筋锈蚀 ,导致构件的刚度降低 ,脆性性质明显。

矩形钢管混凝土轴心受压构件强度承载力的试验研究

文章进行了二十四个矩形截面钢管混凝土轴心受压短柱的试验研究 ,基本参数为 :约束效应系数 ,从 0 5～ 1 3变化 ;截面长宽比 ,从 1 0～ 1 75变化。本文研究的目的在于 :( 1)分析约束效应系数和截面长宽比对矩形钢管混凝土力学性能和强度承载力的影响 ;( 2 )比较设计规程LRFD ( 1994) ,AIJ ( 1997) ,EC4( 1996 )和GJB ( 2 0 0 0 )在进行矩形钢管混凝土强度承载力计算时的差异。研究结果表明 ,约束效应系数和截面长宽比均对矩形钢管混凝土的轴压力学性能有影响。规程LRFD ( 1994) ,AIJ ( 1997) ,EC4( 1996 )和GJB ( 2 0 0 0 )计算获得的强度承载力较实验结果相比均偏于安全。其中 ,GJB与实验结果最为接近 ,更适合于矩形钢管混凝土轴压强度承载力的设计。

钢筋混凝土轴心受压构件加固后的可靠度分析

已有结构的维修、加固是目前土木工程界研究的重要内容之一,结构加固后的可靠度有多大,目前尚未有这方面的资料.对钢筋混凝土轴心受压构件加固后可靠度的研究表明,当钢筋混凝土轴心受压构件按《混凝土结构加固技术规范》(CES25:90)进行加固设计时,构件的可靠度满足统一标准的要求.

钢筋锈蚀前后混凝土偏心受压构件承载力试验研究

采用外加电流快速锈蚀模拟方法，进行了混凝土偏心受压构件中钢筋锈蚀试验，然后进行偏心受压承载力试验和分析．表明锈蚀构件的承载力较完好构件有较大程度的降低，并对影响锈蚀构件承载力的因素进行了分析．

钢管混凝土大偏心受压构件的徐变分析

在对钢管混凝土大偏心受压构件的力学特性和核心混凝土徐变进行分析的基础上,使用多轴应力状态下混凝土徐变及适用于不断卸载状态混凝土徐变的继效流动理论,研究钢管混凝土大偏心受压构件的徐变。通过确定初始条件和构件混凝土的徐变模型,建立计算构件徐变的方法并使用它对含钢率、偏心率及紧箍应力等构件徐变的影响因素进行分析。并引入迭代的方法对混凝土徐变的时效性质进行模拟。应用该方法得到的结果是合理的。

钢管混凝土轴心受压构件极限承载力的有限元分析

采用三维虚拟层合单元法 ,对钢管混凝土和纯混凝土轴心受压构件在轴向荷载作用下产生的稳定承载能力和材料承载能力问题进行了分析比较 ,同时进一步分析了前者失稳破坏和材料破坏的界限值 ,模拟了前者第一阶失稳模态 ,结论与试验结果符合良好 .

铝合金轴心受压构件局部整体相关稳定试验研究

铝合金轴压构件局部与整体相关稳定性能,在国内外尚无系统的研究。为此,该文对12根铝合金6061-T6和6063-T5工形截面轴心受压构件的局部整体相关稳定性能进行试验研究,包括其破坏形式、变形性能以及极限承载力等。将试验结果与中国规范、欧洲规范、美国规范和澳大利亚/新西兰规范计算结果进行对比分析,验证各规范设计方法的可靠性。采用有限元软件ANSYS对试验结果进行模拟计算。研究结果表明:有限元模型能够准确地计算铝合金轴压构件的承载力,可以应用在下一步的参数分析中;各国规范设计方法对弱硬化合金承载力计算的准确程度优于强硬化合金;美规和澳规对弱硬化合金极限承载力的计算较准确,但是对强硬化合金的计算偏于保守;中国规范和欧规分别考虑局部失稳和整体失稳,并将两者的影响进行叠加,计算结果过于保守。因此,需要调整中国规范中的参数,以得到更加合理的设计。

肋板结构受压构件的剪力滞效应分析

建立了肋板结构受压构件考虑剪力滞效应时的微分方程，并以该微分方程的解作为位移插值函数，得到了较为精确的有限段单元刚度矩阵。数值算例证明本文方法具有好的精度，且具有一维有限元法的便利和广泛适应性．

GFRP轴心受压构件的稳定性能

通过对50根不同截面形式、不同尺寸的GFRP(玻璃钢)构件进行轴心受压试验,研究了构件的变形特征、破坏形态和稳定系数,并拟合出基于Perry公式的稳定系数计算式.结果表明:GFRP构件在其失稳后卸载完毕时,变形完全恢复,没有明显的残余变形;GFRP构件失稳前基本呈线弹性特征,破坏时呈脆性特征;GFRP构件失稳类型分为弯曲失稳和扭曲失稳;所拟合出的GFRP轴心受压构件稳定系数计算式的计算结果与试验值吻合较好,表明该计算式具有一定的有效性.

钢管混凝土小偏心受压构件的徐变分析

通过对钢管混凝土偏心受压构件的受力特性进行分析,结合核心混凝土的徐变特点,采用继效流动理论及多轴应力状态下混凝土的徐变理论,构造了计算钢管混凝土偏心受压构件徐变的计算方法。此方法较为合理地考虑了多轴应力状态下核心混凝土的特点及钢管混凝土构件徐变的影响因素(如含钢率、材料等级、应力级别等),并引入迭代来计算构件的徐变。计算算例结果与试验结果的对比表明:本文所提出的方法理论可靠、合理。

输电铁塔轴心受压构件稳定系数规范对比

稳定问题是输电铁塔中一个极其重要的问题,以输电铁塔轴心受压构件的稳定系数为研究对象,对美国铁塔设计导则ASCE10-97、英国铁塔设计规范BS 8100-3及欧洲45 kV以上架空输电线路设计规范EN 50431-1中关于轴心受压构件的稳定系数规定进行了介绍,并与中国架空输电线路杆塔结构设计技术规定的稳定系数DL/T 5154进行对比分析。结果表明:ASCE10-97关于轴心受压构件稳定系数没有考虑截面分类的影响,而DL/T 5154、BS 8100-3、EN 50431-1考虑了截面分类对稳定系数曲线的影响;对于输电铁塔热轧角钢主材的稳定系数,ASCE10-97的大于DL/T 5154、BS 8100-3及EN 50431-1的稳定系数,与DL/T5154的相当;对于冷弯钢管主材的稳定系数,ASCE10-97大于DL/T 5154,BS 8100-34和DL/T 515相当,EN 50431-1最低。

圆钢管混凝土轴心受压构件徐变分析的比较

在对钢管混凝土构件徐变研究进行回顾的基础上,应用考虑多轴受压状态下的混凝土徐变理论建立圆钢管混凝土轴心受压构件徐变模型,分别采用继效流动理论和龄期调整有效模量法对构件的徐变进行分析,通过迭代计算得到基于2种理论方法的圆钢管混凝土轴心受压构件的徐变,并与试验所得的回归公式计算结果进行比较。通过对比,指出了2种理论的差异性。结果表明:在钢管混凝土轴心受压构件的徐变计算中,继效流动理论具有较高的精度。

异型截面钢筋混凝土双向偏心受压构件正截面承载力的实用计算方法

在计算出 3种等肢对称异型截面双向偏心受压构件正截面承载力的N -Mx-My 相关曲线的基础上 ,用约束方程来逼近这些相关曲线 ,并引入反映截面尺寸对相关曲线影响的修正系数。通过约束方程可以把异型截面双向偏心受压构件的正截面承载力计算转化为单向偏心受压构件来计算。该约束方程形式简单 ,便于工程应用且具有较高的计算精度 ,既可用于截面设计又可用于截面复核。

钢筋混凝土受压构件防火性能的非线性分析

通过对Fourier热传导方程的数值求解 ,推导出了钢筋混凝土矩形截面在不同受火条件下温度场分布 .将得到的温度数据结果自动传递到非线性有限元程序中 ,并采用考虑材料高温下徐变影响的钢材和混凝土随温度而不断变化的本构关系 ,对钢筋混凝土受压构件进行了受火时时间 -变形全过程曲线的计算 ,分析了混凝土受压构件在受火时的各种力学性能变化以及截面尺寸、混凝土保护层厚度、钢筋布置等不同参数对钢筋混凝土受压构件的防火承载力的影响 ,得到了钢筋混凝土受压构件在受火时的破坏特征是由荷载、高温下材料强度的下降和温度场不均匀分布等因素共同作用下的突然失稳破坏 .

受压构件本构失稳的折迭突变模型

材料或构件本构失稳问题的类型可归结为突变理论中的折迭突变。从高强度素混凝土轴心受压构件的本构关系曲线表达出发导得的折迭突变模型可以给出构件的脆坏判据对构件的延性和脆性破坏路径作类似于几何稳定问题的后屈曲分析。建模时按实际将试验机刚度作为有限量而得到的加载参数能量输入率可正确地描述构件本构关系曲线弱化段的系统稳定性。计算了混凝土棱柱体脆坏对加载装置造成的荷载效应。

方钢管混凝土偏心受压构件承载力计算

选用了合适的钢材和核心混凝土本构关系 ,应用简化数值法计算了由方钢管和核心混凝土两种材料组成的方钢管混凝土偏心受压构件承载力 ,给出了计算步骤 .采用该方法对某实例进行了计算 ,计算结果与试验结果的误差平均值为 0 .9847,均方差为 0 .110 0 .

槽型宽翼受压构件剪力滞分析的传递矩阵法

利用能量变分法,建立了槽型宽翼受压构件考虑剪力滞效应时的平衡控制微分方程,给出了该方程在轴向均布载荷作用下的初参数解,导出了求解槽型宽翼受压构件内力、应力和位移的场矩阵和点矩阵,提出一种研究槽型宽翼受压构件剪滞效应的传递矩阵法.数值算例表明,该方法计算便捷、精度好、具有较高的工程应用价值.

中、美规范中受压构件的正截面承载力计算

对中国《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2002)和美国ACI 318M—05规范中钢筋混凝土受压构件的最小和最大配筋率、正截面轴心受压、偏心受压承载力及其配箍构造的规定进行了对比分析。结果表明:对于轴心受压构件,美国规范中受压承载力的折减系数小于中国规范;随着受力状态由大偏心受压向小偏心受压过渡,美国规范抗力折减系数的变化与构件的受力破坏特征有关,而中国规范的抗力折减系数基本不体现大、小偏心受压构件受力破坏特征的影响;对于高强混凝土,中国规范在确定混凝土材料强度标准值时引入了脆性系数,而美国规范通过较高的配箍率规定来保证高强混凝土构件的受力破坏特征与普通混凝土一致。