屈曲交互作用下焊接截面柱的抗压试验

对焊接H形和槽形截面的柱进行了一系列压力试验,这些柱采用厚度为6·0 mm,名义屈服应力为240 MPa的软钢板制成。从理论上和试验中对这些受压构件在非线性局部和整体屈曲交互作用下的极限强度和性能进行了研究。压力试验表明,局部和整体屈曲交互面对薄壁焊接钢柱截面有较大的负面影响。近期发展起来的DSM方法,对冷加工钢截面的设计,可作为有效宽度法的备选方法,最近已由NAS( AISI ,2004)提出,并由焊接钢截面的试验结果进行了校验。证明了当局部屈曲和弯曲同时或者近乎同时发生时,可采用直接强度法预测焊接截面的极限强度。

国产Q460高强钢焊接T形截面轴心压杆整体稳定承载力研究

为了研究国产Q460高强钢焊接T形截面轴心压杆的整体稳定承载力,用厚度为8mm和12mm的国产Q460高强度钢板制作了3根焊接T形截面试件进行轴心受压试验。基于实测的钢材力学性能、截面残余应力和试件几何尺寸,建立考虑了初始几何缺陷和力学缺陷的有限元模型,分析预测试件的极限承载力,并将有限元结果与试验结果进行对比,验证有限元分析方法的正确性。利用经试验验证的有限元分析方法,补充计算了24根不同长细比压杆的整体稳定极限承载力,将相应的整体稳定系数与《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)中的柱子稳定系数曲线进行比较。研究表明,国产Q460高强钢焊接T形截面轴心压杆的整体失稳形式为绕对称轴的弯扭失稳,失稳时压杆进入了弹塑性变形阶段,在设计过程中选取b类截面柱子曲线对其进行计算是安全可靠的。

Q690高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布数值模拟

焊接纵向残余应力是影响钢压杆整体稳定性的重要因素之一。基于ANSYS对Q690高强钢焊接T形截面纵向残余应力大小及分布情况进行数值模拟分析。通过与已有的研究成果对比,提出合理的有限元分析模型;借助该模型,分析纵向残余应力大小及分布随板件宽厚比和板厚的变化规律;以及翼缘和腹板残余应力的自平衡性;并提出适合Q690高强钢焊接T形截面的纵向残余应力分布模型。研究结果表明:提出的有限元分析模型适合焊接T形截面纵向残余应力研究;翼缘外伸端以及腹板中部的纵向残余压应力大小随板件宽厚比、板件厚度的增大成下降趋势,翼缘与腹板相交焊缝处和腹板外伸端的纵向残余拉应力大小与板件宽厚比和板件厚度没有多大联系;各板件内的残余应力均满足自平衡。基于数值模拟分析,提出的Q690高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布模型,为后续T形截面残余应力的试验研究及压杆的整体稳定性数值分析提供参考。

高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件局部和整体相关屈曲试验研究

通过13个Q460C、Q550D和Q690D钢中长柱的双向偏压试验,研究了高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件的局部-整体相关屈曲性能和极限承载力;将极限承载力与美国、欧洲规范以及新提出的计算公式的计算结果相比较,以验证它们对高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件局部-整体相关屈曲计算的适用性。结果表明,在钢材名义屈服强度fy=460~690 MPa,板件宽厚比b/t=40~70,构件长细比λ=45~79,偏心距ex=ey=20~45 mm范围内,美国规范ANSI/AISC 360-16对较大长细比(λ=79)和Q690D钢较小宽厚比(b/t=40)试件的计算结果偏于保守;欧洲规范BS EN 1993-1-1对较小板件宽厚比(b/t=40)试件的计算结果偏于保守,对其余试件是安全的;使用新提出的有效屈服强度法所得到的计算结果和试验结果吻合良好;新提出的有效截面法对大部分试件的计算结果偏于保守。

Q460高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布

采用分割法测量了4个Q460高强钢焊接T形截面的纵向残余应力分布;借助通用有限元程序ANSYS,采用热-结构耦合分析方法模拟钢板的切割和焊接过程,将数值模拟获得的纵向残余应力与试验值进行对比,从而验证有限元分析过程的正确性;基于有限元方法获得更多不同截面尺寸的Q460高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布,对丰富的数据进行汇总分析,重点研究板件宽厚比和板厚对残余应力大小及分布的影响.结果表明,残余拉应力分布在焊缝周边区域、翼缘和腹板外伸端,残余压应力则分布在翼缘外伸段中部及腹板中部区域;残余拉应力与板件宽厚比和板厚均无关,残余压应力与板件宽厚比和板厚成反比;翼缘和腹板的残余应力均达到自平衡.提出的Q460高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布模型,可为后续钢压杆的整体稳定承载力数值分析提供重要参考.

焊接截面纵向残余应力变化规律

为了全面地认识焊接截面残余应力在不同焊件宽度、厚度、母材屈服强度下的变化规律,进行了理论推导,并总结了已有试验数据表现的规律。理论分析部分包括残余应力产生的原因、影响焊接残余应力的因素和残余应力的力平衡关系等方面。试验数据总结部分引用了国内外已有的不同牌号钢材的焊接箱形、H形、十字形截面测试结果,验证了理论推导的结果。所得纵向残余应力变化规律为研究不同尺寸、材料强度的钢压杆极限承载能力提供了前提条件。

高温作用后高强Q690钢焊接截面残余应力试验研究

焊接中的不均匀受热和冷却使钢材内部产生残余应力,残余应力会降低钢构件的刚度、稳定承载力和疲劳性能。钢构件在高温下的强度退化、塑性和蠕变变形会引起截面残余应力改变,从而影响其火灾下及火灾后承载力。为此,采用高强Q690钢材制作了6个焊接构件,包括H形、箱形两种截面形式。利用切条法测量其在常温(20℃)下、600℃和800℃高温作用后的截面残余应力,得到不同温度作用后残余应力的大小与分布。结果表明:高温作用后,残余应力有不同程度的释放;经历600℃作用后,箱形与H形截面残余应力幅值均下降至常温下的约35%;经历800℃作用后,箱形与H形截面残余应力幅值均下降至常温下的15%以下。基于试验结果,提出Q690焊接截面残余应力分布模型及残余应力幅值随受火温度变化的折减系数。

不锈钢焊接箱形截面残余应力试验与分布模型

通过焊接加工奥氏体型S30408和双相型S22253两种材料牌号的8个不锈钢箱形截面试件,利用线切割将试件截面完全分割成条带,采用Whittemore手持应变仪量测各条带上释放的残余应变,从而测得试件截面上的残余应力大小与分布形态.试验结果表明,试件截面内残余拉应力峰值一般低于材料的名义屈服强度,奥氏体型S30408和双相型S22253两种不锈钢试件分别达到其名义屈服强度的80%和60%;而组成板件残余压应力的峰值随板件宽厚比的增大而降低.根据整理得出的残余应力量测结果,基于原有普通钢材焊接箱形截面的残余应力分布模型,提出了能够准确预测不锈钢焊接箱形截面残余应力分布的简化模型.测得的残余应力数据和提出的简化分布模型适用于不锈钢结构构件稳定性的相关研究.

Q690D高强钢焊接截面柱低周反复加载试验研究

为了解强度为Q690D高强度结构钢焊接截面柱的抗震性能,对名义轴压比为0.35的Q690D高强钢焊接H形和箱形截面柱进行了低周反复加载试验。通过观察试件的破坏模式、滞回曲线和骨架曲线,并从其承载能力、塑性发展能力、变形能力和耗能能力等方面对Q690D高强钢柱的滞回性能进行研究。结果表明,试件具有良好的耗能能力和抗震性能;高强钢柱的二阶效应影响不可忽略;反复荷载作用下试件的破坏模式为板件弹塑性局部失稳;试件最大层间位移角分别达到了1/17(H形)和1/23(箱形),远超过GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的层间位移角限值要求;火焰矫正显著影响试件的力学性能和破坏位置,因此对于高强钢试件,应严格控制在受力较大部位采用火焰矫正措施。

奥氏体型不锈钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定性能试验研究

为了研究奥氏体型不锈钢材轴心受压构件的整体稳定性能,对6根奥氏体型不锈钢焊接箱形截面柱进行了轴心受压试验研究,在试验前对试件的几何初弯曲进行了测量,在试验过程中对荷载初偏心进行了量测。基于试验结果,分析了该类型构件的失稳破坏形态和整体稳定承载力,并与欧洲钢结构规范和中国钢结构规范进行了对比。结果表明此次试验数据高于欧洲钢结构规范和中国钢结构规范的设计曲线,设计曲线较为保守。

960MPa高强钢焊接箱形截面残余应力试验及统一分布模型研究

为研究960MPa高强钢焊接箱形截面的残余应力,采用分割法对3个不同截面尺寸试件进行了试验研究,分析了板件宽厚比对残余应力的影响以及截面板件残余应力的自平衡性;通过总结国内外针对其他不同强度钢材焊接箱形截面残余应力的大量试验数据,研究钢材强度对残余应力分布规律的影响。研究结果表明:板件中部残余压应力大小与截面尺寸直接相关,与钢材强度等级无明显关系;焊缝附近残余拉应力与截面尺寸无直接关系,并随钢材强度提高而增大,但对于高强度钢材截面残余拉应力低于钢材强度;焊接箱形截面四块板件的残余应力分别能够满足自平衡条件。提出了适用于不同等级高强钢焊接箱形截面残余应力的统一分布模型和计算式,为高强度钢材钢结构的研究提供了基础条件。

不锈钢焊接箱形截面柱轴心受压相关稳定试验研究

不锈钢的非线性材料特性使其构件承载性能不同于普通钢结构构件,需要开展专门的研究。通过焊接加工8个不锈钢箱形截面柱,包括奥氏体型S30408和双相型S22253两种牌号,在试件两端铰接的约束条件下开展轴心承压加载试验。试验中对板材力学性能、试件的局部与整体几何初始缺陷、纵向焊接残余应力分布和加载初偏心进行了测量。加载试验得出了板件的局部屈曲承载力与构件的相关稳定承载力,展示了从组成板件局部屈曲到构件整体弯曲屈曲的渐变失效形态。将试验结果与欧洲不锈钢规范EN 1993-1-4、直接强度法和中国冷弯薄壁型钢结构技术规范GB 50018的计算公式进行比较表明,由于欧洲规范和直接强度法没有考虑不同牌号不锈钢材料力学性能的差异,对双相型S22253构件的承载力计算偏于保守,而奥氏体型S30408构件的计算承载力偏于不安全;而中国规范GB 50018没有考虑焊接残余应力、几何缺陷和材料非线性的不利影响,高估了构件的相关稳定承载力。所得到的试验结果将为后续的数值分析与理论研究提供数据支撑。

不锈钢焊接箱形截面短柱轴压局部稳定性能

设计并加工了7个奥氏体型S30408和6个双相型S22253不锈钢焊接箱形截面短柱试件,通过压缩材性试验得出了2种不锈钢板材的力学性能指标,同时量测了试件的几何初始缺陷和焊接残余应力分布形态.此外,在两端固接的约束条件下开展短柱轴压试验,得到了试件的局部稳定承载力和屈曲失效形态.试验结果表明,随着板件宽厚比的增大,其局部稳定承载力逐渐降低.采用ABAQUS建立考虑材料非线性和各向异性、几何初始缺陷和焊接残余应力的有限元模型,对短柱轴压局部稳定性能进行了数值模拟,计算结果与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的准确性和可靠性.得到的短柱试验结果和建立的有限元模型可以为焊接不锈钢构件稳定性能的研究提供参考.

双相型不锈钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定性能试验研究

为了研究双相型不锈钢材在轴心受压下的整体稳定性能,对6根双相型不锈钢焊接箱形截面柱进行了轴心受压试验.在试验前对试件的几何初弯曲进行了测量,在试验过程中对荷载初偏心进行了量测.根据试验数据,分析了构件的失稳变形特征和整体稳定承载力,并与欧洲钢结构规范(EN 1993-1-4)和中国钢结构规范(GB50017—2003)的计算结果进行了对比.结果表明,试验数据均高于欧洲规范计算值,但整体低于中国钢结构规范方法的计算值;同时说明欧洲规范采用的设计曲线偏保守,而中国钢结构规范所采用的设计曲线应做相应的调整.

Q550GJ高强钢焊接H型截面残余应力试验研究

为了推动高强结构钢Q550GJ在我国钢结构工程中的应用,研究了Q550GJ高强钢焊接H型截面试件的残余应力分布规律.首先试验研究了Q550GJ钢材的力学性能,其屈服强度、抗拉强度和伸长率符合国家现行规范,屈强比小于0.85.然后设计和加工了7个Q550GJ高强结构钢焊接H型截面构件,采用分割法对其进行残余应力试验.研究了Q550GJ高强结构钢焊接H型截面构件的残余应力分布规律,分析了不同参数的影响.研究结果表明:翼缘中部和腹板两端近焊缝区域出现较大的残余拉应力,但没有达到钢材的屈服强度,且随着宽厚比的变化呈不规律变化;翼缘外伸部分中部和腹板中部都呈现基本恒定的残余压应力;残余压应力随着板件宽厚比的提高而相应减小;其余部位是从残余拉应力到残余压应力转变的过渡区域.

不锈钢焊接箱形截面压弯构件弯曲屈曲试验研究

为了研究不锈钢焊接箱形截面压弯构件的弯曲屈曲,该文对5根奥氏体型和5根双相型不锈钢焊接箱形截面柱进行了偏心受压试验,试件长细比在55～85,荷载偏心距分别设计为50 mm、60 mm、70 mm,并且在试验前对试件的初始弯曲和荷载初偏心进行了测量。根据试验结果对构件静力承载性能进行了分析,并将试验结果分别与CECS410:2015《不锈钢结构技术规程》和欧洲规范EN1993-1-4中不锈钢压弯构件承载力的计算值进行了对比。结果表明:所有构件均发生平面内的整体弯曲失稳,且整体失稳前没有发现明显的局部板件屈曲;构件承载力随着偏心距、长细比的增大而降低;对于双相型不锈钢压弯构件,依据CECS 410:2015和EN 1993-1-4的计算值较试验结果均偏于安全;对于奥氏体型不锈钢压弯构件,依据EN 1993-1-4的计算值较试验结果均偏于安全,依据CECS 410:2015的个别试件计算结果略低于试验结果,但整体偏于安全。

焊接工字形截面不锈钢受弯构件的整体稳定性分析

目的研究不锈钢焊接工形截面无侧向支撑梁的整体稳定性能,提出工形截面梁整体稳定系数的计算公式,为我国不锈钢结构设计规范的编制提供理论依据.方法对比了现有国外规范的设计方法,通过有限元分析研究了材料系数对不锈钢梁稳定系数的影响,以有限元分析结果为基础,对我国钢结构设计规范中受弯构件稳定系数的计算公式进行适当修正.结果提出了焊接工形截面不锈钢受弯构件整体稳定系数的计算方法,并将笔者建议的计算公式与欧洲规范和有限元结果进行了对比,结果表明建议公式比欧洲规范略偏安全.结论笔者建议的计算公式形式简单,计算结果比欧洲规范略偏安全,可以很好地应用于工程设计中.

Q460高强钢焊接工形截面梁整体稳定分析

Q460高强钢焊接梁的残余应力与普通钢焊接梁差别较大,其稳定承载力将与普通钢梁有较大差别,普通钢梁的稳定系数也就难于直接应用于高强钢受弯构件.论文选用了六种截面形式、三种荷载类型以及40-240之间的长细比,应用ANSYS有限元对Q460高强钢焊接工形截面梁的整体稳定性能进行了较全面的分析.研究表明,Q460高强钢焊接梁的稳定承载力较普通钢焊接梁有较大提高,为此论文提出了针对Q460高强钢焊接梁稳定设计计算方法,具有较好的精度,可供工程实际参考。

纯弯等截面焊接工字形梁整体稳定系数研究

为配合《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)的修订工作,对纯弯等截面焊接工字形梁的整体稳定系数进行了研究。对各国钢结构规范中关于梁整体稳定系数问题的计算方法做了简要介绍,比较了各国规范对焊接工字形梁稳定承载力计算结果的差异;对等端弯矩作用下等截面焊接工字形梁的整体稳定性进行了大量数值模拟,其中考虑了梁构件的初始几何缺陷及残余应力分布。通过对比正则化长细比与梁整体稳定系数曲线可以发现,现行《钢结构设计规范》在计算梁稳定系数时对构件初始几何缺陷及残余应力考虑不足,规范计算结果在较大范围内高出有限元数值分析结果,会产生不安全的设计,故建议对规范公式进行修订。

奥氏体不锈钢焊接工字型截面轴压构件整体稳定性能试验研究

为了研究奥氏体不锈钢材料的轴心受压构件的整体稳定性能,对11根奥氏体型不锈钢焊接工字形截面试件进行了轴心受压试验研究,其中5根采用强轴失稳模式,6根采用弱轴失稳模式。根据试验前测量得到的试件的几何初弯曲和试验过程中量测得到的荷载初偏心,分析了该类型构件的失稳模态和整体稳定性能承载能力,并将试件的试验数据计算结果与现行欧洲不锈钢结构规范和中国钢结构规范进行了对比,表明欧洲不锈钢规范偏保守,而中国钢结构规范较不安全。