嵌套加强的LQ550高强冷弯薄壁C型钢连续檩条受力性能研究

为提高LQ550级高强冷弯薄壁C型钢连续檩条的承载能力,采用在支座处嵌套的方法来加强连续檩条。对未加强和采用两种嵌套方式加强的檩条共7组试件进行三点受弯试验,得到了试件的承载性能和破坏形态,试验结果表明加强后的试件出现跨中局部屈曲和嵌套端部局部屈曲两种破坏形态。采用ABAQUS软件建立了非线性有限元模型对嵌套加强的檩条进行数值模拟,有限元分析得到的承载力和破坏形态与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的准确性。基于验证的有限元模型,分析了两种嵌套方式和不同嵌套长度对檩条承载力的提升,且表明嵌套檩条的长度宜取为连续檩条跨度的1/5~1/4。

基于C型钢的新型减震装置优化设计及性能分析

为提升C型钢阻尼器的性能,以适应更高的工程需求,提出一种新型的等截面C型钢阻尼器。给出该阻尼器的设计力学公式,建立三维模型,使用ANSYS软件进行仿真分析,以获取阻尼器的性能参数,并进行室内对比试验。试验结果表明,在相同地震条件下,基于抗震阻尼钢的等截面C型钢具有更高的阻尼比和更加稳定的滞回特性,明显提高了使用效果。该研究成果可为工程实际中考虑使用等截面C型钢替代变截面C型钢提供参考。

双拼冷弯C型钢节点初始刚度及承载力理论计算研究

为了研究冷弯C型钢节点的受力性能,发挥其在冷弯薄壁型钢结构中的作用,建立双拼冷弯C型钢梁柱节点力学模型,依据力学原理分别对梁和节点板进行受力分析,建立模型的受力与变形的关系,得出节点在弹性阶段的转角变形及初始刚度的理论计算公式,并根据节点的不同破坏形态计算其屈服承载力。考虑节点板厚度、螺栓间距和C型钢尺寸三种主要影响因素,建立ANSYS有限元模型,进行模拟计算与分析,得到屈服承载力和初始刚度模拟值,将由理论公式计算的理论值与其进行对比验证。研究结果显示:屈服承载力和初始刚度理论值与模拟值均基本接近,说明理论计算公式是合理且可靠的,能够应用于冷弯薄壁C型钢节点的计算当中。

卷边C形截面不锈钢柱畸变屈曲直接强度法

为研究轴心受压卷边C形截面不锈钢柱的畸变屈曲承载力,采用ABAQUS软件对不锈钢轴压构件进行了非线性有限元模拟,并通过现有试验验证了有限元模型计算结果的准确性。弹性畸变屈曲荷载是采用直接强度法(DSM)的关键参数,首先研究了边界条件对构件承载力的影响,然后对比分析了现有轴心受压卷边C形截面不锈钢柱畸变屈曲承载力的计算方法与试验结果,发现BECQUE等提出的DSM公式与AISI中的畸变屈曲DSM公式均不能准确地预测卷边C形截面不锈钢构件的畸变屈曲承载力。最后,在大量有限元分析的基础上提出了轴心受压卷边C形截面不锈钢柱畸变屈曲承载力计算公式,并采用现有的试验结果验证了该公式的准确性。

冷弯薄壁型钢C型构件压弯屈曲机理与滞回模型研究

对冷弯薄壁型钢C型构件进行竖向常轴力作用与水平循环荷载同时作用下的加载试验,以探索冷弯薄壁型钢C型构件滞回性能特点以及轴压比、截面宽厚比等参数对试件破坏行为的影响。基于截面应力分布规律和薄板屈曲理论,提出格构机理模型,试验和数值模拟结果验证了该模型的合理性;采用数值模拟方法,分析薄壁构件压弯屈曲机理,获得薄壁C型构件滞回曲线特征,总结影响其滞回性能的关键影响参数。研究表明:大轴压比对试件滞回性能有极大的削弱作用;过早出现的局部屈曲是薄壁C型构件破坏的关键原因;提出的滞回模型能够体现局部屈曲对构件滞回性能的影响。

C形冷弯薄壁型钢切割短柱轴压试验

把辊轧成型的C形冷弯薄壁型钢构件切割成若干短柱,在短柱中将产生不同程度的歪曲变形,进而引起附加的初始几何缺陷。对10个切割而成的C形冷弯薄壁型钢短柱进行了轴压试验,并根据GB500182002计算了短柱的轴压承载力。结果表明切割短柱在轴压力作用下,两翼缘为内收的歪曲破坏,腹板为局部屈曲破坏模式,短柱极限承载力仅为规范计算值的83%～89%。

切割对C形冷弯型钢短柱初始几何缺陷的影响

以2个辊轧成型的C形冷弯薄壁型钢截面为研究对象,在长构件中切割短柱,测试了切割后短柱的歪曲变形和切割前后短柱沿长度方向的初始几何缺陷。结果表明:切割后短柱产生了明显的歪曲变形,进而引起很大的初始几何缺陷,将影响短柱的轴压承载力和破坏模态。

冷弯薄壁C型钢-轻骨料混凝土组合梁试验研究

设计了6个冷弯薄壁C型钢-轻骨料混凝土组合梁试件进行单调加载试验,试验参数为钢梁截面形式和连接件间距,通过试验发现试件的破坏形式都是弯曲破坏,根据实验结果得出了这种新型组合梁的荷载-挠度关系.

C形冷弯型钢切割短柱轴压承载力有限元分析

把辊轧成型的C形冷弯薄壁型钢构件切割成若干短柱，将在短柱中产生不同程度的歪曲变形，从而引起附加的初始几何缺陷。在考虑材料非线性、几何非线性及由切割产生的初始几何缺陷的基础上，采用有限元方法分析了2种C型截面切割短柱的极限承载能力及破坏模态，并与轴压试验结果进行了比较。结果表明，切割短柱在轴压力作用下的破坏模态为两翼缘内收的歪曲破坏，由切割引起的初始几何缺陷使短柱轴压极限承载力降低了7％～11％。

北美规范与中国规范关于冷弯薄壁型钢C形截面受压构件设计的比较(英文)

对比了北美规范CSA S136-07和中国规范GB 50018—2002中关于冷弯薄壁型钢C形截面轴压构件的名义轴压强度。首先介绍了北美规范和中国规范计算名义轴压强度的方法,然后针对控制构件名义轴压强度的2个主要参数,即屈曲应力和有效截面面积,对2本规范进行了深入对比,最后对典型C形墙架柱名义轴压强度进行了比较。研究结果表明:2本规范具有相同的屈曲应力,但依据2本规范计算的有效截面面积却不同;一般来说,根据GB 50018—2002计算的翼缘有效宽度远小于根据CSA S136-07计算的结果,然而依据CSA S136-07计算的腹板有效宽度则略小于依据GB 50018—2002计算的结果;2本规范名义轴压强度不同主要由C形截面翼缘和腹板有效宽厚比不同引起;当翼缘的宽厚比不小于17.8时,构件名义轴压强度的不同主要由翼缘有效宽厚比控制,根据GB 50018—2002计算的名义轴压强度小于根据CSA S136-07计算的结果;当翼缘的宽厚比小于17.8时,构件名义轴压强度的不同则主要受腹板有效宽度控制,依据GB 50018—2002计算的名义轴压强度略大于依据CSA S136-07计算的结果。

北美规范与中国规范关于冷弯薄壁型钢C形截面受弯构件设计的比较(英文)

对比了北美规范CSA S136-07和中国规范GB 50018—2002关于冷弯薄壁型钢C形截面受弯构件的名义抗弯强度。首先介绍了2本规范计算名义抗弯强度的方法,然后分析了控制构件名义抗弯强度的2个主要参数,即弯扭屈曲应力和有效截面模量,并对2本规范进行了深入对比,最后对典型的6m跨长的C形托梁构件进行了名义抗弯强度比较。研究结果表明:依据GB 50018—2002计算的弯扭屈曲应力不小于依据CSA S136-07规范计算的结果,而根据GB 50018—2002计算的翼缘有效宽度则远远小于根据CSA S136-07规范计算的结果;2本规范名义抗弯强度的不同主要由C形截面翼缘尺寸和构件所受荷载类型控制;当翼缘尺寸较小,名义抗弯强度主要由弯扭屈曲而非局部屈曲控制时,如果构件用于均布荷载,则GB 50018—2002的计算结果大于CSA S136-07规范的结果,但是当构件用于抵抗均布弯矩时,则没有区别;当翼缘尺寸较大,名义抗弯强度主要由局部屈曲而非弯扭屈曲控制时,在2种工况下GB 50018—2002的计算结果均小于CSA S136-07规范的计算结果。

卷边C形截面不锈钢短柱承载力直接强度法

为了研究卷边C形截面不锈钢短柱承载力的计算方法,基于直接强度法,构建了轴心受压和两端受弯矩作用的不锈钢短柱承载力假定模型.结合已开展的38根卷边C形截面不锈钢短柱试验结果,通过参数化有限元分析,对98根轴心受压和94根偏心受压短柱试件进行了数值模拟分析,拟合出适用于卷边C形截面不锈钢短柱承载力的直接强度法计算公式.将拟合公式计算结果与试验结果进行对比分析,结果表明,拟合公式具有较高的精度,可以预测卷边C形截面不锈钢短柱的承载力.

制作及安装误差对冷弯薄壁C型钢轴心压杆承载力的影响

采用柱挠度曲线法(CDC法)分析了制作和安装误差(初弯曲、初偏心)对冷弯薄壁C型钢轴心压杆承载能力的影响。分析时取有效截面,以变刚度杆件为模型,计算了当初始弯曲及偏心率分别为H/1 000、H/750和H/500时柱子曲线的变化。根据分析结果,建议现行规范对冷弯薄壁型钢构件可适当放宽其制作及安装误差的限制。

冷弯薄壁C形钢柱翼缘转动约束刚度简化计算

畸变屈曲是冷弯薄壁型钢构件的主要破坏模式之一,按翼缘模型计算其弹性畸变屈曲应力时需要确定腹板对翼缘的转动约束刚度.现有转动约束刚度计算公式较复杂,求解过程需要进行一次迭代.为了简化计算过程,提出了冷弯薄壁C形钢柱翼缘转动约束刚度简化计算方法.该方法在Lau和Hancock公式的基础上,结合我国《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)中关于腹板和翼缘局部屈曲系数的规定而导出的,并根据Lau和Hancock公式计算结果对其进行了修正.与有限条分析值对比表明:该方法可以准确、方便地计算转动约束刚度,能够应用于冷弯薄壁型钢C形截面柱的设计计算.

C型钢的有限元模拟

以弹塑性大变形有限元理论为基础,对C型钢成型过程做出合理简化,建立分析模型.利用MARC软件对C型钢辊弯成型进行了三维有限元数值模拟,分析得出了C型钢在成形过程中变形区应力、应变的分布规律.

冷弯薄壁型钢C型构件轴压受力机理

随着我国钢材产量的不断提高以及技术水平的不断进步,钢结构的应用越来越广泛,薄壁轻型钢结构是目前钢结构房屋发展的主要趋势之一。冷弯薄壁型钢构件在受力上与传统热轧钢结构构件有着很大的不同,尤其是在轴压和剪弯荷载作用下的机理存在的较大的差异。在此基础上,本文针对冷弯薄壁型钢C型构件弯剪受力机理展开分析,运用有限元软件进行数值验证。

冷弯薄壁受压C形截面局部屈曲荷载和承载力

为研究板组效应对冷弯薄壁受压C形截面局部屈曲荷载和承载力的影响,对组成其截面各板件局部屈曲时的变形协调情况进行理论分析,提出考虑该效应的腹板局部屈曲计算模型,基于能量法和静力平衡条件推导了冷弯薄壁受压C形截面局部屈曲荷载的解析解,并分别与有限条法和中国规范GB 50018—2002规定的方法进行对比.将所推导的解析解引入直接强度法,对21根冷弯薄壁C形受压短柱试验的承载力进行计算,并分别与承载力试验结果和按GB 50018—2002规定方法计算的承载力进行对比分析.结果表明:在屈曲荷载方面,本文推导的解析解合理可靠,而按中国规范规定的方法则存在系统误差,当截面高宽比小于4.5时,其结果偏于保守,当截面高宽比大于4.5时,其结果偏于不安全;在承载力方面,按本文方法计算的承载力与试验结果较为接近,合理可靠,而按中国规范规定方法计算的承载力较保守,并且随着截面宽高比的增大,保守趋势不断增大.

腹板开孔对冷弯薄壁C型钢简支檩条受力性能影响

为了研究腹板开孔对冷弯薄壁C型钢简支檩条受力性能的影响,选取不同孔洞直径和间距的腹板开孔冷弯薄壁C型钢简支檩条进行有限元受力性能分析,分析腹板开孔冷弯薄壁C型钢简支檩条的刚度、承载力、应力分布和破坏模式,研究孔洞离支座距离、孔径和孔间距对简支檩条受力性能的影响。结果表明:仅距支座檩条高度(H)以上处开直径不超过檩条高度1/2孔洞时,开孔基本不影响C型钢檩条的受力性能。腹板沿全长均匀开孔会降低檩条的受力性能,随着孔径增大,孔距减少,檩条的受力性能降低,弹塑性阶段越短,屈服荷载、极限荷载明显下降,构件整体刚度下降,位移增大明显。当开孔直径不大于H/3、孔间净距不小于3H时,开孔对檩条极限荷载基本没影响,位移增大不到1.4%。开孔对檩条破坏模式没有影响,均表现为跨中上翼缘屈曲,跨中上、下翼缘应力达到屈服。

薄壁C型钢模剪断面的微观形貌及缺陷分析

为了提高剪切断面的质量,对薄壁C型钢的45°剪切式模剪过程断面的微观形貌及剪切缺陷进行了研究。通过材料拉伸实验确定了材料的基本参数,采用光学和电子扫描显微镜(SEM)确定了该型钢的断面形貌,并结合模剪过程对形貌分布成因进行了分析。探讨了45°剪切式模剪存在的剪切盲区,分析了断面撕裂带中散斑状光亮带的形成原因。结果表明:剪切盲区无法避免,但可通过剪切角度的改变而改变盲区位置;剪模越锋利,与型钢间的间隙越小,C型钢的断面质量越好。研究结果为薄壁型钢的剪切设计及优化提供了理论基础。

Fe-Al-Mn-C四元系1000℃的相平衡试验研究

采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电子探针显微分析(EPMA)等测试手段,对在1000℃退火的Fe-Al-Mn-C系钢进行了研究。试验确定了1000℃时Fe-Al-Mn-C四元系钢中奥氏体γ、铁素体α及κ碳化物之间的平衡关系,并与热力学计算结果进行了对比。结果表明:Fe-9Al-Mn-C四元系钢在1000℃时的κ-碳化物稳定性较高;现有Fe-Al-Mn-C体系的热力学数据库无法很好地描述高碳区相平衡,因此其热力学参数仍有待进一步优化;研究所得Fe-Al-Mn-C四元系1000℃的相平衡关系可为该体系热力学数据库的优化提供试验依据。