波浪腹板PEC梁抗震延性性能试验研究

传统部分填充钢-混凝土(partially encased composite,PEC)梁通常选用平直腹板,该类腹板的受剪承载力偏低,且平直腹板与混凝土之间无机械咬合力,不利于两者的协同工作。为解决平直腹板带来的不利影响,选用波浪腹板进行截面替换,形成新型波浪腹板PEC梁。通过低周反复荷载试验,分析波浪腹板PEC梁在地震荷载作用下的抗震延性性能,研究了翼缘厚度、剪跨比对正弦波浪腹板PEC梁的承载力、破坏形式、变形能力、滞回耗能能力和刚度退化等的影响规律。研究结果表明:合理设计波浪腹板PEC梁的承载力和抗震延性性能较好;剪跨比对梁的破坏形式及延性有显著影响,翼缘厚度增大可以有效提高梁截面承载力,但过厚的翼缘会影响型钢与混凝土的协同工作性能,在试验中翼缘厚度较小,剪跨比较大的构件型钢与混凝土匹配度高,其延性和耗能能力发挥最为充分。

波浪腹板H型钢和太空板在运用库建造中的应用

依托郑州地铁3号线运用库工程,阐述了波浪腹板H型钢和太空板的应用,并对波浪腹板H型钢和太空板在该项目中的应用效果作了分析。

波浪腹板工形构件抗剪承载力设计理论及试验研究

波形腹板工形构件主要有三种波形形式,即梯形、三角形与正弦波浪波形等。在总结前人对梯形腹板抗剪承载力研究成果的基础上,对波浪腹板工形构件的腹板抗剪性能进行系统研究。针对波浪腹板的屈曲特性提出弹性剪切屈曲荷载的计算公式,给出计算公式的适用范围。基于弹塑性大挠度有限元分析研究波浪腹板的弹塑性屈曲性能以及屈曲后行为,揭示其抗剪承载力极限状态以及缺陷敏感性,提出弹塑性屈曲荷载的实用计算公式,建立波浪腹板抗剪承载力设计方法。进行6个波浪腹板短梁试件的抗剪承载力试验,揭示波浪腹板的抗剪极限状态与初始屈曲及屈曲后性能之间的关系。试验结果与有限元结果吻合很好,推荐的设计公式合理。

波浪腹板梁平面外稳定承载力设计理论与试验研究

目前国外对波浪腹板梁的平面外稳定设计问题主要采用简化计算模型,缺乏精确的设计公式。从构件的截面翘曲惯性矩计算方法出发,提出波浪腹板梁临界弯矩的精确计算方法。有限元分析结果显示,仅在腹板波幅较大时,腹板波浪对构件的临界弯矩有明显影响。在此基础上提出波浪腹板梁弯扭屈曲稳定系数的一般计算方法。通过大量的有限元算例分析,以及与现有各国规范对工形截面梁面外稳定设计方法的比较,建议采用澳洲规范中的方法来确定构件弹塑性稳定系数与弹性稳定系数之间的关系。三根波浪腹板梁平面外稳定承载力试验结果与有限元分析吻合较好,验证了建议的设计方法的合理性。

波浪腹板连接的双核防屈曲支撑承载力及滞回性能研究

提出一种用波浪腹板连接的双内核防屈曲支撑(简称CW-BRB)。CW-BRB由浪腹板连接两个内置一字板内核的全钢约束矩形钢管组成,且两个一字板内核在伸出外围约束构件端头前后均通过肋板加强形成H形截面,整体外围约束的抗弯刚度及内核端部强度均获得极大改善,承载力设计效益显著提高。首先,简要介绍波浪腹板剪切变形对CW-BRB弹性屈曲荷载的影响,为计算其约束比或正则化长细比提供依据。其次,重点研究CW-BRB受力性能,通过建立CW-BRB的壳单元模型,分析其单调加载承载力与反复拉压荷载作用下的滞回性能,研究约束比变化对其受力性能与破坏机理的影响。最后,设计了1根单波浪腹板和1根双波浪腹板连接的CW-BRB进行反复加载滞回性能试验研究,并采用壳单元及壳单元位移耦合技术建立CW-BRB试验试件的精细化有限元模型,进行反复拉压荷载作用下的滞回性能数值模拟分析。试验结果与有限元计算结果吻合较好。

波浪腹板工形构件疲劳性能试验研究及设计建议

波浪腹板工形构件在国内外除了用于工业厂房的梁柱外,还应用于工业厂房中的吊车梁。应用此种构件可以克服采用高而薄的平腹板工形构件必须设置横向加劲肋的缺点。吊车梁直接承受动力荷载,其承载力往往由其疲劳寿命控制。国内外现有对波形腹板构件疲劳性能的试验及理论研究多集中于梯形波折腹板工形构件,对波浪腹板工形构件的研究还很少。通过两根足尺试件的疲劳试验研究以及理论分析给出了波浪腹板工形构件的疲劳设计建议,获得了按照我国目前《钢结构设计规范》中疲劳验算的分类(属于2类)。此外,通过有限元软件详细分析了疲劳破坏位置附近的正应力与剪应力的分布及变化规律,剖析了影响疲劳的主要因素,验证了试验结果。通过比较平腹板、梯形波折腹板、波浪腹板工形截面梁的疲劳性能,指出波浪腹板工形构件的疲劳寿命优于梯形波折腹板构件,略逊于平腹板构件。最后根据一工程设计实例,给出波浪腹板吊车梁疲劳验算的方法。

波浪腹板工形梁支承加劲肋设计方法研究

为解决波浪腹板工形梁支承加劲肋设计问题,进行了受力机理的研究,根据受力状态的不同对加劲肋进行分类,并采用ANSYS进行了有限元模型的数值分析;将波浪腹板对加劲肋的约束作用简化为等效约束长度的平腹板,将支承加劲肋转化为在腹板平面内失稳的轴压构件并计算其稳定性;通过参数分析,揭示了等效约束长度与腹板幅长比及腹板高厚比相关,进而建立了单侧与两侧约束情况下等效约束长度的计算公式。结果表明:与平腹板工形构件不同,波浪腹板工形构件的腹板面外刚度增大,但腹板沿构件轴向刚度变小,因而对加劲肋的面外约束不足,需要重新评估加劲肋在集中荷载作用下的稳定性计算;提出的波浪腹板工形梁支承加劲设计方法具有较好的安全性和经济性。

端板螺栓连接波浪腹板钢梁塑性铰转移设计方法研究

地震中传统的钢框架梁柱节点表现为延性极差的脆性破坏,主要原因是受该节点的构造、传力、焊缝及应力集中等因素的影响,节点未能发挥材料的延性,致使结构在梁端塑性铰形成之前发生脆性破坏。梁端塑性铰外移是1个解决脆性破坏的行之有效的方法。通过试验对波浪腹板钢梁发生剪切屈曲破坏的原因及钢梁翼缘应变变化规律进行理论分析,根据分析结果提出局部加强建议,得出梁尺寸,加强钢板尺寸等对塑性铰的影响;并对促使梁端塑性区域外移的加强钢板尺寸给出了计算方法,结合试验数据提出了塑性铰外移的设计方法及合理性。

波浪腹板H型钢结构设计软件的研发与应用

波浪腹板H型钢是一类腹板为正弦曲线的型钢构件,具有承载效率高、经济性好等优点,多用于轻型门式刚架结构中。本文介绍了钢结构设计软件STS中波浪腹板H型钢结构设计功能,通过实例分析,比较波浪腹板与平腹板构件用于门式刚架、吊车梁设计中的用钢量,给出波浪腹板的经济性指标。

波浪腹板H型钢在门式刚架房屋中的应用

波浪腹板H型钢截面构件是由翼缘板和波浪腹板组成,突破了传统平腹H型钢腹板高厚比的限制,从而其经济效益明显优于传统的门式刚架结构,是一种高效的新型建筑型材。该文就波浪腹板H型钢在门式刚架应用中的结构分析,探讨其设计方法和经济比较。

波浪腹板门式刚架结构在车辆场段中的应用

在轨道交通车辆段、停车场大跨度库房结构设计中,综合其功能、造价、工期等因素,常釆用钢结构门式刚架。传统的门式刚架结构的梁、柱釆用平腹板H型钢,波浪腹板钢构件是以波浪形腹板代替平腹板,较平腹板工字形截面具有承载效率高、节能、节材、绿色环保的优势。依托郑州市轨道交通3号线车辆段、停车场项目,探讨波浪腹板门式刚架钢结构的受力特点、结构计算、节点设计和经济性,力求在保证结构安全及使用功能的前提下,降低结构用钢量,做到节能、节材、绿色环保。

波浪腹板门式刚架轻型房屋钢结构设计理论及应用

波浪腹板工形截面构件由翼缘与波浪腹板组成,与平腹板工形截面构件相比具有较高的承载效率。由波浪腹板工形截面构件所组成的门式刚架,在国外工业建筑轻型房屋钢结构工程中有较广泛的应用,其经济效益也明显优于传统的门式刚架结构。总结了笔者对波浪腹板工形截面构件在轴力、弯矩以及压弯组合作用下的受力性能与设计方法的研究成果,并与同类型平腹板的工形截面构件的性能与设计方法进行了比较。介绍了波浪腹板门式刚架的节点构造,并给出了波浪腹板工形构件的制作等方面的要求。比较了波浪腹板构件与平腹板构件的承载效率,并结合一个典型的门式刚架工业厂房,比较了波浪腹板门式刚架体系与平腹板门式刚架体系在经济性等方面的差异。

波浪腹板钢结构设计理论研究及应用现状

为配合CECS 290∶2011《波浪腹板钢结构应用技术规程》的颁布施行,结合波浪腹板钢结构的最新研究进展,介绍规程的主要设计条文及其产生背景。鉴于波浪腹板构件具有较为独特的受力机理,对其设计计算的相关条款进行阐释,主要涉及其强度、刚度、稳定性及连接节点等方面的设计计算理论,具体包括构件的强度计算、局部承压验算、支承加劲肋验算、腹板抗剪稳定性验算、构件的整体稳定性验算、变形计算简化模型、构件与结构变形计算简化方法、端板式节点中螺栓内力与端板厚度计算模型等,以及CECS 290∶2011中给出的适用于波浪腹板门式刚架的多种节点构造形式。另外,讨论波浪腹板钢结构在制作与安装中的关键技术问题,包括波浪腹板钢构件的轧制和焊接要求、制作和安装误差控制以及除锈与涂装防腐的相关标准等,并对波浪腹板钢构件自动化生产线及波浪钢板剪力墙的一些最新研究进展进行介绍。

波浪腹板变截面压弯构件稳定承载力设计方法和试验研究

波浪腹板变截面压弯构件用做边柱铰接的门式轻钢结构中,主要承担弯矩、剪力与轴力。该文基于现行《门式刚架轻型房屋钢结构规程》CECS102:2002中的相关公式,建立了波浪腹板变截面压弯构件平面内稳定承载力与平面外稳定承载力的设计公式。进行了大量的有限元数值计算,其中通过变化构件的几何设计参数并考虑了各种缺陷(几何初始缺陷与残余应力)的影响,验证了所建立的设计公式的可靠性。进行了两根变截面波浪腹板构件的压弯稳定承载性能的试验研究,考察了其失稳机理及稳定承载力,并与有限元数值分析结果吻合较好。

波浪腹板门式刚架节点设计及方法研究

波浪腹板工形构件由翼缘与波浪腹板组成,因其较平腹板工形构件具有较高的承载效率而在门式刚架结构中有较广泛的应用。在传统平腹板门式刚架结构节点形式的基础上,结合波浪腹板工形构件腹板不承受法向应力的独特受力特点,提出适用于波浪腹板门式刚架的多种节点构造形式;对典型的端板连接节点进行考虑接触单元的实体有限元分析,由此引出波浪腹板门式刚架节点的计算方法,并对波浪腹板工形构件的加工制作等方面提出要求,最后介绍波浪腹板构件的新型节点形式在某钢构门式刚架厂房中的实际应用。

腹板开有圆孔的波浪腹板工形构件抗剪和抗弯承载力研究

波浪腹板工形构件在实际工程应用中,往往由于穿管线等使用功能要求需要在腹板中间开孔。目前,国内外很少看到波浪腹板开孔后抗剪及抗弯承载力研究的相关文献。通过大量有限元数值分析,研究开孔后波浪腹板工形构件截面剪应力的分布及变化,进而通过弹塑性屈曲分析,获得计算其抗剪承载力的拟合公式。此外,还讨论了开孔对波浪腹板梁受弯承载力及挠度的影响,以及开双孔时孔间距的影响。

波浪腹板工形梁局部承压承载力设计方法研究

波浪腹板工形梁的局部承压性能目前国内外研究较少。在总结前人对平腹板和梯形波折腹板梁局部承压极限承载力研究工作的基础上,对波浪腹板工形梁的局部承压性能及设计方法进行研究。通过有限元数值分析,揭示波浪腹板工形梁在局部压力作用下的破坏形式以及腹板几何初始缺陷对局部承压性能的影响,在几何参数分析的基础上建立局部承压极限承载力的简化计算公式。最后针对同时承受局部荷载和弯矩的波浪腹板工形梁,建立截面弯矩与局部压力之间的M-P承载力相关计算公式,并通过有限元数值计算进行验证。

偏心受压波浪腹板阶形柱稳定性与侧移计算

首先分析波浪腹板阶形柱计算长度系数计算的相关问题,理论推导过程中考虑剪切变形对其稳定性的影响,得到考虑剪切变形时计算长度系数计算的精确公式,并与不考虑剪切变形的计算公式(GB50017—2003《钢结构设计规范》)以及有限元计算结果进行对比,从而得出了CECS 290∶2011《波浪腹板钢结构技术规程》中对于波浪腹板阶形柱计算长度系数计算的取值原则。其次,对波浪腹板阶形柱在侧向荷载作用下的变形进行分析,得到计算波浪腹板阶形柱侧向变形的计算公式。另外,根据波浪腹板阶形柱的特殊性,对波浪腹板阶形柱连接处的肩梁构造与计算方法进行阐述。

波浪腹板轴心受压构件设计方法及试验研究

波浪腹板工形构件作为受弯构件具有较高的承载效率。波浪腹板工形构件作为轴心受压构件使用,在截面合理设计条件下也仍不失为一种性能良好的构件。通过理论和数值分析,对波浪腹板轴心受压构件的稳定性设计理论进行研究,提出其稳定承载力的计算方法;制作了两个试件进行轴压试验研究,并与有限元分析结果进行对比。同时比较平腹板与波浪腹板受压构件的经济性,说明在构件绕强轴失稳破坏的情况下,减小波浪腹板的厚度而增大其高度可获得较大的承载力。

波浪腹板受弯构件设计理论及试验研究

波浪腹板工形构件由翼缘与波浪腹板通过高频焊接组成,作为受弯构件具有较高的承载效率。基于波浪腹板工形构件截面承载力的简化模型,提出波浪腹板受弯构件强度和抗剪稳定承载力计算公式,同时亦给出考虑波浪腹板剪切变形的构件挠度计算方法;对2根足尺的波浪腹板工形截面梁进行面内加载试验,揭示受弯构件加载破坏过程及破坏机理;同时以有限元分析进行佐证,分析构件初始缺陷对其破坏形式的影响。研究表明,试验结果与有限元分析结果吻合较好,亦验证建议设计方法的合理性。