新型高强冷弯薄壁型钢的研究总述

介绍了高强冷弯薄壁型钢及其结构的特点及其所带来的问题,介绍并归纳了高强冷弯薄壁型钢的强度、新型截面形式及屈曲模式的研究现状和研究方向及现行国家规范冷弯薄壁型钢GB 50018—2002中的不足,希望对其在我国的研究和应用有所裨益。

高强冷弯薄壁型钢轴压长柱受力性能试验研究

进行了15组G550级高强冷弯薄壁型钢方管截面轴压长柱的试验研究,考察了其受力特性及破坏特征,试件的壁厚均为0.6 mm,截面板件宽厚比分为42、58、75三类,长细比分为40、60、80、100、120五类。试验研究结果表明:直接利用中国现行规范GB 50018-2002对G550级高强冷弯薄壁型钢轴压构件进行稳定承载力计算的结果与试验结果相差较大,偏于不安全,必须进行修正。通过对试验结果的比较分析,给出了考虑构件截面板组相关性影响时,采用规范GB 50018-2002计算G550级高强冷弯薄壁型钢轴压构件稳定承载力的建议,建议方法所得结果与试验结果吻合良好,且偏于安全,可供修订规范和设计时参考。

高强冷弯薄壁型钢轴压短柱受力性能试验研究

为了验证壁厚小于1 mm的G550级高强钢材对中国<冷弯薄壁型钢结构技术规范>(GB50018-2002)相关设计规定的适应性,进行了30根冷弯薄壁型钢方管截面轴压短柱的试验研究,试件的壁厚均为0.6 mm、宽厚比为20～150.试验结果表明:当宽厚比较小时(b/t≤40),试件的初始缺陷和高强钢材本身特性对构件承载力的影响较大,试件材料的强度得不到充分发挥;当宽厚比较大时(b/t＞40),高强钢材局部屈曲和有效截面是影响构件承载力的主要因素.通过对试验结果和各国规范计算结果的对比分析,给出了高强冷弯薄壁型钢构件按中国规范GB 50018-2002计算有效宽度的建议.

屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢轴压构件承载力设计

高强冷弯薄壁型钢结构在国外低层住宅和门式刚架体系中应用较广,国内已开始采用,但尚无相应设计规范可依。针对屈服强度550MPa高强钢材冷弯薄壁型钢结构常用的轴压构件的承载力设计方法进行了研究,包括其承载力计算模式及设计可靠度分析,并据此提出了相应的设计方法。最后,通过国内外现有相关试验数据的分析,验证了所提出的强度设计指标及承载力设计方法的合理性与可靠性。

高强冷弯薄壁型钢搭接式连续檩条受力性能试验研究

对550MPa高强冷弯薄壁型钢帽型截面搭接式连续檩条受力性能进行了试验研究。27根试件的试验结果表明,搭接式连续檩条的承载力与搭接部分刚度、截面内力、有效截面模量等因素有关,因此,负弯矩作用下的中间支座搭接端部变截面处和正弯矩最大的跨中截面都有可能成为构件承载力的控制截面。在确定高强钢材强度折减系数γ的基础上,根据试验结果确定出各组试件合适的搭接段刚度系数β和承载力计算公式。

高强冷弯薄壁型钢墙体骨架立柱轴压性能试验及有限元分析

通过对10根550MPa高强冷弯薄壁型钢墙体骨架立柱的足尺轴压试验,得到立柱的极限承载力和破坏模式,并在试验的基础上建立墙体骨架立柱有限元分析模型。在有限元分析模型的正确性得到试验充分验证的情况下,对高强冷弯薄壁型钢墙体骨架立柱进行参数分析,分析结果表明:自攻螺钉直径的变化、采用两个螺钉连接立柱与导轨、导轨厚度和屈服强度的变化以及改变墙体骨架立柱间距均对墙体骨架立柱的轴压承载力没有显著影响;在墙体骨架两侧设置柔性拉条对立柱轴压承载力的提高很有帮助,拉条间距小于1/4柱高后承载力提高幅度不大。

高强冷弯薄壁型钢轴压柱畸变屈曲研究

550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压柱发生畸变屈曲时会出现三种模式(O-O,O-I,I-I),考虑材料和几何双重非线性的有限元法对三种畸变屈曲模式的构件承载力、变形模式、畸变屈曲应力、横截面应力的分布等相关性能进行比较分析,可看出三种畸变屈曲模式诸性能存在较大不同,同时畸变屈曲与局部屈曲、整体屈曲在相关性能方面也存在不同。采用直接强度法对畸变屈曲轴压柱极限承载力进行计算,计算结果与试验结果较吻合,故在计算畸变屈曲轴压柱极限承载力时建议采用直接强度法。

双肢“弓”形高强冷弯薄壁型钢拼合柱受压性能研究

采用有限元软件Abaqus对双肢“弓”形高强冷弯薄壁型钢拼合柱的受压性能进行了研究,分析了试件破坏模式以及长细比、自攻螺钉间距、腹板等效高厚比、偏心方向和偏心距对试件最大承载力的影响。结果表明:轴向受压试件和绕弱轴偏心受压试件,发生绕弱轴整体弯曲屈曲破坏;绕强轴偏心受压试件为局部屈曲或弯扭屈曲破坏;试件最大承载力和刚度随长细比、偏心距和腹板有效高厚比的增加而减小;当螺钉间距在100~300mm之间变化时,试件的最大承载力变化幅度在5.88%以内。依据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002),计算得到最大承载力PG并与有限元值PA进行对比,结果表明:规范计算结果均较保守。对于轴压试件,PG与PA的差距随长细比的增大而减少。对于偏压试件,在相同长细比和偏心距的情况下,绕强轴偏压试件的PG与PA的差距比绕弱轴偏压试件更大。

高强冷弯薄壁内卷边C型钢拼合轴压长柱板带加固性能研究

研究了通过外部加约束板带来提升壁厚0.6mm高强冷弯薄壁内卷边C型钢拼合长柱构件承载能力,为了验证有限元模型的正确性,对已有试验结果进行仿真模拟算例对比分析,结果吻合良好。基于ABAUQS软件,参照已有的高强冷弯薄壁型钢轴压试验,对不同长细比与宽厚比的构件进行数值模拟,在对比高强冷弯薄壁内卷边C型钢拼合柱受力性能的基础上,对比板带加固效果。结果表明,局部板带加固只在一定的长细比及宽厚比范围内作用显著。

高强冷弯薄壁型钢搭接式连续檩条有限元分析

对550 MPa高强冷弯薄壁型钢帽形截面搭接式连续檩条试验试件进行了ANSYS有限元模拟,并在此基础上进行了参数分析。分析结果表明:对于试验和分析的搭接构造,在一定的搭接长度范围内,增加搭接长度能提高构件的极限承载力,而超过这个范围增加搭接长度反而使构件极限承载力降低。因此,靠增加搭接长度来提高搭接式两跨连续檩条极限承载力的做法是不经济的,在搭接长度较长时,应在搭接段沿试件长度方向增加自攻螺钉,且搭接长度不宜超过0.35L。在试验试件搭接段打自攻螺钉的截面上,腹板或翼缘增加一个自攻螺钉对试件极限承载力和破坏模态的影响不大。

高强冷弯薄壁型钢帽形截面简支檩条局部屈曲性能研究

对截面形式为TS40和TS61的19根550MPa高强冷弯薄壁型钢帽形截面简支檩条进行受弯试验分析其局部屈曲性能,并采用有限条程序CUFSM对这两种简支檩条局部屈曲应力进行计算分析,计算结果与试验值吻合较好。采用有限条程序对帽形截面受弯构件的翼缘宽厚比、腹板翼缘宽度比、卷边翼缘宽度比、腹板翼缘夹角等参数进行计算分析,结果表明腹板翼缘宽度比是影响帽形截面简支檩条受压翼缘局部屈曲稳定系数的重要因素。利用考虑板组相关的我国现行规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)和英国冷成型薄壁构件设计标准(BS5950-5:1998)对帽形截面简支檩条受压翼缘局部屈曲稳定系数进行计算分析表明:我国规范在腹板翼缘宽度比小于1.5时偏于不安全,大于1.5时偏于保守,而英国规范相对比较安全。在参数分析的基础上,提出了考虑板组相关的帽形截面简支檩条受压翼缘弹性局部屈曲稳定系数计算公式,建议公式可供工程设计和修订规范参考。

高强冷弯薄壁Z型钢受弯构件直接变形法研究

为弥补有效截面法不能计算发生畸变屈曲的高强冷弯薄壁型钢受弯构件整体弯曲变形的不足,开展了基于全截面特性求解此类构件整体弯曲变形的直接变形法(DDM)研究。采用ANSYS有限元软件对已有试验数据进行数值模拟,验证了用ANSYS软件分析此类构件的可行性。在此基础上,对不同卷边形式和截面参数的高强冷弯薄壁Z型钢纯弯构件进行了有限元参数分析,提取了各参数情况下的荷载-位移曲线,基于各曲线的分布规律,建立了不同卷边、不同厚度时基于全截面特性的直接变形法计算式,极大简化了构件弯曲变形的计算过程。

高强冷弯薄壁型钢作为门式刚架结构主材的探讨

结合工程实例,依据《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018-2002),分析了高强冷弯薄壁型钢板件弯曲变形的原因,并通过1∶1的模拟试验验证了分析结果。通过对规范适用性的探讨,以及高强冷弯薄壁型钢作为承重构件设计要点的讨论,提出高强冷弯薄壁型钢作为门式刚架结构主材使用时,由于其厚度较薄,必须加强对板件宽厚比等构造的限制,计算时应充分考虑板件宽厚比的影响,以保证结构安全使用。

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。

高强冷弯薄壁帽形钢梁弯曲变形的分析研究

由高强冷弯薄壁型钢构件组成的檩条梁体系在低层住宅建筑中的应用越来越广泛。但由于施加荷载的大小、位置、类型,梁的跨度及抗弯刚度等因素,使得檩条梁变形的确定比较复杂。而对于确定梁的变形性能的研究,目前还不够充分,设计规范中相关的条文也不够成熟。对26根550MPa高强冷弯薄壁型钢帽型截面简支梁试件的变形性能进行试验分析,结果表明:北美规范按最大弯矩控制截面计算有效截面刚度做变形分析偏保守;我国的GB50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》按毛截面计算(相当于做等截面、等刚度梁分析)偏不安全。因此通过对该试验的数据进行灰色系统理论的分析,提出一个变形计算公式中较合理的计算公式。

低层冷弯薄壁型钢结构抗震性能分析

四川汶川大地震后，大量的灾区房屋急需要重建，低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系是一种理想的选择。以某钢结构企业捐献给灾区的两层冷弯薄壁型钢小学试点房为研究对象，按照现行的建筑抗震设计规范，基于单片墙体的抗剪能力，采用底部剪力法进行了整体结构的抗震性能分析。结果表明，该建筑所采用的组合墙体构造能满足我国规范的抗震设防要求，此类结构体系适合建造于灾区。

一种新型超薄壁冷弯钢构件组合截面形式及其力学特性分析

介绍了一种新型的超薄壁冷弯钢构件的截面形式,该类截面构件可用于方形、C型、U型等多种形式的组合结构,灵活轻便易于组装,可成为冷弯钢构建筑体系的承载构件.分析了组合件截面的特点,并将理论计算与有限元计算结果进行了对比分析,给出了此类超薄壁钢构件轴心受压承载力的适用范围及受压构件的屈曲形式,为此类构件的应用提供了理论依据.

冷弯薄壁型钢结构受剪性能影响因素研究

采用了有限元法对冷弯薄壁型钢单榀墙架结构的进行受剪性能的分析。建立模型时同时考虑材料和几何非线性,采用弹塑性189梁单元,自攻螺栓采用耦合模型。通过改变已建立的有限元模型中墙架柱间距、墙架高宽比、自攻螺丝间距等影响墙架受剪性能的参数,得出结论:随着墙架柱间距增大、墙架高度增大、自攻螺栓间距增大整个墙架结构的受剪性能明显减小,在有"K"型支撑的高强薄壁型钢墙架结构中,合适的墙架柱间距、合适的墙架尺寸以及支撑体系,对墙架结构的受剪性能有很大的影响。

现行规范对高强复杂加劲冷弯构件力学性能适用性研究

目的研究《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)对G550级高强复杂加劲冷弯薄壁钢材的适用性,提出计算其承载力的修正系数.方法对17根壁厚均为1.1 mm的G550高强钢材进行试验和理论计算,分析高强新型冷弯箱型组合截面受弯构件力学性能.结果无论试验受弯极限承载力或是理论受弯极限承载力,DS1型截面构件均比DS2型截面构件提高近20%;试件的合理高宽比为2~4;对于DS1型截面构件建议不折减,对于DS2型截面构件建议采用0.8的折减系数.结论现行《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)对G550级高强复杂加劲构件基本适用,对于新型高强冷弯薄壁型钢梁的受弯极限承载力一般情况下要大于规范给出的理论受弯极限承载力.不同的截面构件所适合的折减系数不同,工程设计可根据构件截面的情况决定是否折减.

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压柱畸变屈曲试验研究

本文对550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件畸变屈曲性能进行了试验研究,17根试件的试验结果表明:由于试件局部屈曲一般发生在畸变屈曲之前,促使畸变屈曲提前出现,这种相关作用减弱了构件整体刚度,降低了构件承载力;澳洲规范AS/NZS 4600:1996及北美规范NAS 2004中关于发生畸变屈曲构件承载力的计算方法没有考虑局部屈曲和畸变屈曲相关作用的不利影响。依据试验结果本文提出了一种修正直接强度法的建议计算方法,该法计算结果与试验结果较为接近且偏安全。