波纹钢屋盖结构板件相关屈曲的试验研究与分析

拱型波纹钢屋盖结构的受力机理异常复杂,波纹、加工制作过程中产生的变形和残余应力等初始缺陷在理论分析中很难精确定量描述。论文对波纹钢屋盖结构梯形截面板组进行了轴心和偏心压力作用下稳定承载能力的试验研究,并与理论结果进行了比较分析,试验与理论结果吻合较好。试验结果表明波纹板组具有较高的局部屈曲承载能力,但几乎无屈曲后承载能力,与平板板组屈曲特性相比有显著差异。

考虑板件相关作用的H形截面分类准则

截面分类是当代钢结构设计规范的重要基础之一,对国内外现行钢结构规范关于H形压弯钢构件截面分类的相关规定进行了综述,对比发现大多数规范都遵循单一板件规则。基于经试验校准的非线性有限元模型,进行了不同翼缘宽厚比、腹板宽厚比及轴压比组配下的H形截面钢构件绕强轴压弯的参数分析,得出不同的宽厚比及轴压比可导致不同的板件破坏模态和极限承载力,进一步证实了板件相关作用对截面分类的影响。提出了基于极限承载力的H形截面钢构件绕强轴压弯下S2、S3、S4和S5级截面分类方法。经与各规范及试验结果的比较,该文截面分类方法更贴近截面的真实承载情况,更加证实了考虑板件相关作用的必要性。

考虑板件相关作用的冷弯矩形截面轴压短柱承载力

为探究不同翼缘和腹板宽厚比组配的冷弯矩形截面的极限抗压承载力,采用ABAQUS建立了考虑初始几何缺陷、几何和材料非线性以及冷弯效应等因素影响的冷弯矩形截面钢管有限元模型,并通过试验校核验证了模型的准确性。基于该模型完成了不同翼缘和腹板宽厚比在轴压作用下的参数分析,得到了翼缘和腹板宽厚比对极限承载力的影响规律,并总结出3种破坏模态,辅以截面应力发展过程阐述了破坏机理。通过提取不同翼缘和腹板宽厚比构件极限状态时屈曲变形最大截面的应力分布情况,展现了板件相关作用的影响。最后基于有效宽度法提出了考虑板件相关作用的极限承载力建议公式,并将建议公式与现行规范和参数分析结果进行对比,证明了建议公式的准确性与适用性。

考虑板件相关作用的H形截面压弯钢构件抗弯承载力

对H形截面钢构件绕强轴压弯的极限抗弯性能展开研究。基于经实验校准的非线性有限元模型,进行了不同翼缘宽厚比、腹板宽厚比及轴压比组配下的H形截面钢构件的单调压弯全过程的参数分析,并对破坏模式进行了机理分析。研究表明,翼缘与腹板存在明显的相关作用,而板件屈曲形式决定了极限状态的应力分布形式,因此计算极限承载力时应考虑板件相关作用。以极限状态的应力分布特点为基础,提出了考虑板件塑性阶段屈曲相关作用的有效塑性宽度法计算截面的极限抗弯承载力。经与实验及有限元极限承载力的比较,显示该方法能够准确预测H形截面压弯构件的极限承载力。

冷弯薄壁矩形管板组相关屈曲压弯承载力研究

冷弯薄壁矩形钢管柱易发生局部屈曲破坏.为了研究冷弯薄壁矩形钢管柱的压弯承载性能,建立并验证了冷弯薄壁矩形钢管柱非线性有限元模型.采用上述模型对不同轴压比、翼缘宽厚比及腹板宽厚比的884个受常轴压力、变水平力作用的矩形钢管柱进行参数分析,研究了构件承载极限状态的截面破坏形式和抗弯承载力.结果表明:冷弯薄壁矩形钢管柱绕强轴压弯过程主要出现两种破坏模式,比如:全截面屈服和受压翼缘与腹板屈曲.结合极限状态的应力分布特征,基于有效塑性宽度法提出了考虑板组相关屈曲的冷弯薄壁矩形钢管柱的极限抗弯承载力计算公式,其预测值与有限元模拟结果吻合良好.

工形截面纯弯曲梁翼缘腹板的相关屈曲 

考虑截面部分塑性及残余应力的影响，对焊接工形截面纯弯曲梁板件的相关屈曲进行了有限元分析。结果表明：翼缘对腹板屈曲的嵌固系数与截面几何多数及塑性开展深度有关，并非定值。试验结果基本上验证了理论分析。对工形截面梁腹板屈曲的嵌固系数提出了较精确的计算公式。

基于广义塑性铰线法的压弯钢构件极限承载力计算

采用广义塑性铰线法对H形截面钢构件绕强轴压弯区段板件组的极限状态进行了分析,并选用合理假定求解受压翼缘屈曲后达到的极限承载力;分析了表征极限状态截面的应力分布,并研究了周边板件约束与受压翼缘板件厚实程度对屈曲翼缘发展塑性的影响;采用考虑板件屈曲相关的等效荷载法分析了构件截面极限状态应力分布,针对广义塑性铰线法相对于传统塑性铰线法的适用性拓展及其应用现状,分析其存在的问题并做出解答;将计算结果与试验结果及有限元结果进行了对比。结果表明:基于广义塑性铰线法可准确预判构件绕强轴压弯的极限承载力。

H形钢构件双向压弯加载下的破坏机理

为了探究H形截面钢构件在双向压弯加载下的破坏机理和主要破坏模态,考察了板件之间的相关作用和截面平均应力分布形式对H形钢构件破坏模态的影响特性。首先采用软件ABAQUS建立考虑构件初始缺陷和材料强化影响的有限元模型,并与试验结果进行校核;然后采用与试验中相同的双向压弯直线型加载方式,对影响H形钢构件双向压弯性能的4个关键参数进行批量化参数分析;最后基于大量有限元参数分析结果,根据模型在极限状态时刻的破坏特征,将其分为4种典型的破坏模态:全塑性破坏、翼缘屈曲破坏、腹板屈曲破坏及翼缘腹板屈曲破坏,并分别阐释了其各自发生的参数范围及破坏机理。分析发现:4个关键影响参数通过不同方式来决定构件的最终破坏模态,翼缘和腹板宽厚比组配作为主导影响因素,以板件相关作用为纽带影响构件的破坏模态;而轴压比和加载方向角则是通过改变截面平均应力的分布形式来影响构件的破坏模态。

薄柔H形截面钢构件短柱轴压试验研究

随着轻钢结构的推广与应用,具有良好经济效益和环保性能的薄柔H形截面钢构件在轻量化低多层钢框架体系中的应用受到广泛关注.为研究薄柔H形截面钢构件的轴向力学性能,以宽厚比作为主要控制参数调整板件的相对强弱关系,采用Q355B钢材设计制作了6根焊接H形截面短柱,并对其进行了轴压试验.分析了试件的破坏过程、屈曲特征、延性以及极限承载力等.试验结果表明:不同宽厚比组配下H形截面钢构件局部屈曲特征差异明显,而局部屈曲特征直接影响了板件的应力发展;同时构件的延性与宽厚比组配直接相关,呈现两种典型特征;规范ANSI/AISC360-16对于薄柔H形截面轴压构件的计算结果偏于保守,合理的宽厚比组配下薄柔H形截面钢构件具有较强的屈曲后承载力.

考虑板件间相关作用的热轧方矩钢管短柱轴压局部稳定性能研究

对轴心受压作用下热轧方矩钢管短柱的局部稳定受力性能和设计方法进行研究。采用ABAQUS建立有限元分析模型,考虑了构件不同初始缺陷以及残余应力分布的影响,并用收集到的试验数据验证有限元模型的可靠性。在此基础上,对不同高宽比,腹板高厚比以及正则化宽厚比的截面进行参数分析。结果表明,对于较薄柔的截面,板件相关作用对构件的轴压极限承载力的影响很大,设计公式应当予以考虑。将参数分析结果与欧洲、美国、中国钢结构设计规范以及直接强度法中方矩管截面局部稳定设计曲线进行对比,并提出了考虑板件相关作用的修正直接强度设计方法。结果表明修正后的直接强度法设计公式与有限元计算结果吻合很好,计算结果更为合理。

大宽厚比H形截面短柱轴压性能研究

针对大宽厚比H形截面轴心受压构件,目前中国GB 50017—2017中尚未形成完整的设计方法,而在欧洲EN 1993-1-1和美国ANSI/AISC 360-16中未能充分考虑板件相关作用的影响。为确保此类构件在工程应用中的安全性,探讨以上规范计算方法的适用性,针对12个大宽厚比,即宽厚比超出GB 50017—2017板件宽厚比限值的H形截面短柱,开展了轴压试验研究,基于试验结果进行了有限元分析。研究结果表明:翼缘与腹板间的约束作用在不同宽厚比组合下存在差异,直接影响板件的屈曲荷载,进而影响构件的承载力;通过调整翼缘与腹板宽厚比组合,大宽厚比H形截面轴心受压短柱有较高的屈曲后承载力,甚至可以达到全截面塑性承载力;根据板件宽厚比相对大小不同,峰值荷载后大宽厚比H形截面轴心受压短柱荷载-位移曲线可分为有、无陡降段两种类型;通过有限元分析,得到了宽厚比对H形截面轴心受压短柱承载力的基本影响规律,提出了考虑板件相关作用的受压截面分类宽厚比限值;通过对不同规范轴心受压构件承载力计算结果的对比,发现欧洲EN 1993-1-1和美国ANSI/AISC 360—16对H形截面轴心受压短柱承载力的计算结果偏于不安全。