矩形钢管混凝土抗弯性能数值分析与简化计算

为了深入认识压弯构件的工作机理,进一步确定抗弯刚度等力学指标,根据简化钢材本构关系和考虑约束效应的核心混凝土本构关系,采用有限条分法计算纯弯构件的弯矩-曲率曲线,并与试验结果进行对比,二者吻合良好;对试验和数值分析曲线线性拟合得到构件弹性阶段的抗弯刚度,提出其简化计算式;分析影响纯弯构件承载力的影响因素,提出考虑钢管塑性发展的简化计算公式,并与试验结果进行对比,结果表明,该计算式可以有效地计算矩形钢管混凝土的抗弯承载力.

空腹受弯钢构件板件设计的若干问题研究

应用轴压格构柱的有关规定,确定了空腹受弯钢构件孔口上方受压T形截面杆件的最大长细比和开口宽度的最大值;为确保板件具有一定的刚度和强度,提出了空腹受弯钢构件孔口上方腹板和孔间腹板的最小尺寸以及孔间腹板的强度验算式;基于薄板的弹性稳定理论,确定了在纯弯状态下空腹受弯钢构件孔口上方腹板和孔间腹板的最大高厚比.

大型薄壁钢管受弯构件的稳定分析

考虑多种因素对大直径薄壁钢管受弯构件稳定承载力的影响,采用非线性有限元方法对大直径薄壁钢管受弯构件的受力性能进行综合分析。通过分析及参照相关规范,提出大直径薄壁钢管构件受弯构件稳定承载力的建议计算公式。

冷弯薄壁型钢腹板开孔构件加劲参数研究

研究了加劲参数对HF1,HF2截面腹板开孔受弯钢构件的影响。采用有限元方法对其进行模拟分析,通过分析得知加劲参数会影响构件的抗弯承载力,可能改变构件的屈曲模式。结果表明,对加劲参数合理取值可以提高构件的抗弯性能。

带腹板开洞钢梁弹性挠度计算

钢梁腹板上开洞,使得洞口区域不再满足平截面假定,梁的挠度曲线也不能再用梁理论求解,针对目前还没有较好的计算H型钢钢梁腹板开洞的弹性挠曲线的方法,本文推导了计算钢梁腹板开洞的计算公式,该法力学模型简洁清晰,计算结果精度也较高,与有限元软件计算的结果吻合性较好。

钢-混凝土组合空腹楼盖抗弯性能试验及模拟

为研究钢-混凝土组合空腹楼盖的抗弯性能,通过1个1/5缩尺模型的单调加载试验,分析了楼盖的破坏现象、荷载-挠度曲线及应变发展规律。采用有限元软件ABAQUS对组合空腹楼盖进行仿真模拟,分析了各设计参数对楼盖抗弯性能的影响。研究结果表明:结构变形Δ/L小于1/200时,楼盖的荷载-变形曲线基本呈线性变化,可将Δ/L=1/200作为楼盖弹性与弹塑性变形的分界点;在整个加载过程中,跨中工字钢首先受拉屈服,然后从跨中往支座依次屈服;受固端支座影响,近支座处工字钢为受压屈服。数值模拟结果显示,混凝土强度及空腔净距对结构抗弯性能影响不大;而型钢强度及型钢壁厚则对结构抗弯性能影响较为剧烈,特别是型钢壁厚,其对结构的抗弯承载力及耗能均会产生较大影响。

腹板开孔冷弯槽钢轴压构件直接强度法研究

北美冷弯型钢结构设计规范(AISI S100—2016)(简称为AISI S100—2016)给出了腹板开孔冷弯槽钢轴压构件承载力的直接强度法设计公式,然而用于推导该设计公式的试验数据来自于边界条件不是铰接的轴压构件。为了进一步完善两端铰接腹板开孔冷弯槽钢轴压构件直接强度法承载力设计公式,采用有限元程序ANSYS对已有两端铰接腹板开孔冷弯槽钢轴压构件试验进行了模拟,验证有限元分析的可行性。在此基础上,对不同卷边宽度、腹板高度、柱长和板厚的两端铰接腹板开孔冷弯槽钢轴压构件承载力进行有限元参数分析,将分析结果与AISI S100—2016中直接强度法设计公式的计算结果进行对比。结果表明:采用AISI S100—2016直接强度法设计公式计算两端铰接腹板开孔冷弯槽钢轴压构件承载力偏于不安全,最后对AISI S100—2016的直接强度法设计公式进行了修正。

部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹组合梁受弯性能试验研究

为研究部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹组合梁受弯性能,以组合梁截面高度、主钢件翼缘厚度和腹板空腹率为变化参数,共设计4根试件并进行四点弯曲试验。通过对破坏现象、荷载-跨中挠度曲线、混凝土与主钢件应变、承载力与变形等的分析,研究了组合梁的截面高度、主钢件的翼缘厚度和腹板空腹率对部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹梁受弯性能的影响规律。研究表明:所有试件均发生受弯破坏,且延性较好;荷载-跨中挠度曲线呈现弹性工作段和弹塑性工作段,跨中截面主钢件与混凝土应变基本满足平截面假定;组合梁截面高度由400 mm增加到500 mm,试件受弯承载力提高29.3%;主钢件翼缘厚度由10 mm减小到8 mm,试件受弯承载力减小25.9%;腹板空腹率对受弯承载力影响不大。基于试验现象和基本假定,推导了部分包覆钢-混凝土钢筋桁架空腹梁的受弯承载力计算式,其计算结果与试验结果吻合较好。

高强钢压弯和受弯构件计算模式不定性研究

介绍了《高强钢设计规程》(征求意见稿)中关于压弯构件和受弯构件计算的相关条款,并与我国现行GB 50017—2003《钢结构设计规范》进行了比较。收集了目前高强钢压弯构件、受弯构件的试验,对试验进行了有限元模拟。在此基础上,应用有限元模型对高强钢焊接截面880组压弯构件、460组受弯构件的极限承载力进行了计算。将极限承载力的有限元计算结果和规范公式的计算值进行了比较,对高强钢焊接截面压弯构件和受弯构件的计算模式不定性做了数理统计分析,得到了高强钢压弯和受弯构件计算模式不定性的统计参数,为下一步提出高强度钢材材料设计指标提供了依据。

腹板开孔冷弯卷边槽钢轴压构件畸变屈曲分析

采用通用有限元软件ABAQUS,对冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件的腹板开孔的类型、开孔大小、开孔位置等参数进行分析,研究腹板开孔对构件发生畸变屈曲时屈曲稳定系数k值的影响。结果表明:开孔位置会影响其屈曲模式;多孔间距存在一个安全距离;腹板开圆孔或长圆孔时,构件屈曲系数k有着不同程度的降低。根据影响开孔构件畸变屈曲的主要参数,提出了开孔构件的端距限值和孔间距限值;对腹板开圆孔和长圆孔冷弯薄壁卷边槽钢轴压构件的畸变屈曲稳定系数进行分析并给出了相应的建议计算式。

腹板开孔冷弯薄壁卷边槽钢受弯构件整体屈曲性能分析

采用有限元分析软件ABAQUS对腹板开孔冷弯薄壁卷边槽钢受弯构件的开孔类型、开孔大小、开孔间距等参数进行分析,研究腹板开孔对构件整体屈曲性能的影响。结果表明:开孔大小对不同截面尺寸构件整体稳定影响较大;整体稳定系数φ;随着圆孔直径的增大或矩形孔高度和长度的增大而降低;当孔间距大于一定限值后对整体稳定系数φ;影响不大。基于腹板开孔受弯构件整体屈曲系数的有限元分析结果,提出了腹板开矩形孔和圆孔的弯薄壁型钢卷边槽形截面受弯构件整体稳定系数修正建议式。并将整体稳定系数修正建议式的计算结果与北美规范计算结果和有限元分析结果进行对比,表明建议计算方法是精确可行的,可用于冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受弯构件整体稳定系数的计算。

腹板开孔冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱试验及设计方法

为研究腹板开孔冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱的整体稳定性和承载力设计方法,对不同截面的腹板、开圆或矩形孔不同开孔尺寸的冷弯薄壁卷边槽钢柱进行了轴压承载力试验,其中未开孔、开圆孔、开矩形孔试件分别为6,18,18个,每个开孔构件在腹板开孔3个,圆孔直径为0.3、0.5、0.7倍腹板高度,矩形孔高为0.2、0.4、0.6倍腹板高度,孔长为孔高的2倍。试验结果表明:构件宽厚比较小易发生弯扭失稳,而宽厚比较大构件易发生局部屈曲、畸变屈曲和整体屈曲;随着开孔尺寸的增大,腹板发生局部屈曲时荷载提高;与未开孔构件相比,开孔柱的承载力有所降低,且随着开孔尺寸的增大而逐渐降低。采用ABAQUS有限元程序对试件进行了模拟分析,模拟结果与试验结果吻合良好,表明采用有限元分析此类开孔构件是准确和可行的。进而开展了有限元参数分析,对此类构件的弹性整体屈曲临界应力计算式进行修正。