Improved concept models for straight thin-walled columns with box cross section

This paper focuses on developing improved concept models for straight thin-walled box sectional columns which can better predict the peak crushing force that occurs during crashworthiness analyses. We develop a nonlinear translational spring based on previous research and apply such a spring element to build the enhanced concept models. The work presented in this article is developed on the basis of the publication of the author (Liu and Day, 2006b) and has been applied in a crashworthiness design issue, which is presented by the author in another paper (Liu, 2008).

小截面薄壁发射箱极长纵缝高质量遥控焊接

本文介绍了某发射箱箱体结构及焊接技术要求,针对其焊接性和焊接技术难点,采用VP-TIG焊接方法,研发并设计了基于摄像监视和数字化集中控制的极长纵缝焊接系统,采用琴键式压板工装控制焊接变形,通过数值模拟和试验验证了工装的可形性。产品焊缝均匀美观、结构致密。通过了气密试验和形质分析,该方法的工艺可行性、协调性和稳定性良好,满足实际生产需要。

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。

中小跨径钢箱-混凝土组合梁闭口与开口截面对比分析

对一种钢箱-混凝土组合梁的受力过程开展理论分析研究,为我国中小跨径钢箱-混凝土组合梁的设计和应用提供参考。对闭口和开口钢箱截面进行对比分析发现,闭口截面相比开口截面,虽增加少量用钢量,但减低了钢梁应力水平,减少了焊缝数量,进而减少了焊接问题的出现,适用于中小跨径钢箱-混凝土组合梁桥的建设。

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.

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。

国家体育场焊接方管桁架单K节点设计研究

结合国家体育场大跨度钢结构设计,提出了大尺寸焊接薄壁箱形截面桁架单K节点的几何构型方法,可用于折线形弦杆、弦杆侧壁与腹杆侧壁不垂直等多种情况,适用范围较大。通过调整节点板件之间的角度,使其传力合理。综合采用调整板厚、设置加劲肋等方式,提高节点的承载力,实现“节点与构件等强”的设计理念。此外,通过缩尺模型对所提出的单K节点进行验证性试验,试件的应力分布与有限元计算结果非常接近,节点具有较大的安全储备。

超高强度钢材焊接箱形轴心受压柱整体稳定的有限元分析

目的运用有限元方法分析计算超高强度钢材焊接箱形截面轴心受压柱整体稳定受力特性的准确性和可靠性,以及残余应力的影响.方法运用通用有限元软件ANSYS建立三维有限元模型,准确模拟构件的残余应力和几何初始缺陷,对11个超高强度钢材焊接箱形截面轴心受压柱的整体稳定受力特性进行了有限元分析,并与相应的试验结果进行对比.结果有限元计算得到的承载力与试验实测结果的平均误差<4%,且标准差<5%.残余应力的2种变化对整体稳定承载力的影响<3%.结论建立的有限元模型能够准确地分析计算超高强度钢材轴心受压柱的整体稳定受力特性,为进一步运用该有限元模型对各种截面的超高强度钢材轴心受压柱的整体稳定受力特性进行分析计算提供了正确性依据.残余应力的变化对超高强度钢材焊接箱形截面轴心受压柱整体稳定承载力的影响较小,可能采用比普通钢材钢柱高的整体稳定系数.

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.

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。

双帽箱型点焊薄壁构件的局部翘曲分析

针对汽车上广泛使用的箱型点焊薄壁构件 ,研究在考虑焊点处的弹性特性基础上 ,对箱型点焊薄壁构件受扭矩时焊点处的局部翘曲变形进行分析研究 ,提出一种计算局部变形的近似方法。把扭矩转换成通过焊点的剪力 ,此剪力又由置换剪力和置换力偶矩代替 ,然后计算相应的局部翘曲。

点焊箱型截面薄壁构件的翘曲扭转研究

构成汽车车身结构的点焊薄壁构件,可以看成是开口截面段和闭口截面段相互穿插组合而成的半闭口截面构件。针对这种构件,基于瓦格纳的翘曲扭转理论,并考虑到点焊薄壁构件焊点处的弹性特性,用一条完整的具有剪切变形特性的“剪切弹簧”来取代构件上的点焊带。通过对这种具有“假想弹簧”的半闭口截面构件的研究,提出了一种分析点焊箱型截面薄壁构件的翘曲扭转的新方法。通过理论值与实验值之间的比较,验证了该方法的精度及合理性,并阐明了扭转刚度对点焊薄壁梁翘曲的影响。此研究同时为今后研究解决实际车体结构的多种约束翘曲问题,打下了良好的理论基础。

Q460高强钢焊接箱形压弯构件极限承载力数值分析

为了考察国产Q460高强钢焊接箱形压弯构件的力学性能,以数值积分法和有限单元法对7个已有焊接箱形压弯构件试验进行了数值分析。试件宽厚比分别为8、12、18,长细比分别为35、50、80。介绍的数值模型中考虑了实测的初始挠度、初始偏心及残余应力对构件极限承载力的影响,采用简化的残余应力分布模型、实测残余应力分布与理想弹塑性材料模型、线性强化材料模型相组合,对Q460高强钢焊接箱形压弯构件的极限承载力与荷载-挠度曲线进行了数值计算。为了验证数值分析的准确性,将预测结果与已有试验结果进行了对比,分析结果表明:采用相同模型的数值积分法分析结果与有限元分析结果吻合良好;采用理想弹塑性材料模型的计算结果优于采用线性强化材料模型。通过对比采用简化残余应力分布模型与采用实测残余应力分布模型的有限元分析结果,验证了简化残余应力分布模型的准确性。因此,可以利用数值计算方法,采用理想弹塑性材料模型与简化残余应力分布模型进行Q460高强钢压弯构件极限承载力的数值分析,以此作为相对较少的试验数据补充。

点焊薄壁构件受集中载荷或均布载荷作用时的翘曲扭转研究

基于点焊薄壁构件翘曲扭转理论,分析和研究点焊双帽箱型横截面薄壁构件中部有集中载荷和整个构件长度上有均匀分布载荷作用时的扭转变形特性。进行数值仿真发现,在构件中部受集中力偶作用时,扭转刚度比与载荷作用点有关,在集中力偶作用附近流过焊点的剪应力很小,并作用点左右两侧的剪应力方向相反;在整个构件长度上受均匀分布力偶作用时,只要两端不约束翘曲,扭转刚度比保持不变等。

点焊双帽箱型截面薄壁构件焊点间隔变化时的翘曲扭转变形分析

以点焊箱型截面薄壁构件的翘曲扭转理论[1,2]为依据,分析和研究了点焊双帽箱型截面薄壁构件在焊点间隔发生变化时的翘曲扭转变形,引入“过渡区域”的概念,提出解析其扭转刚度和应力分布的计算方法,进行数值仿真。通过理论值、数值解以及实验值之间的比较,验证了该计算方法的合理性和计算结果的精度,得知完全满足工程实际的精度要求。此研究为解决实际车体结构的设计问题,具有有益的参考价值。

焊接薄壁箱形构件在国家体育场中的应用研究

研究了在焊接箱型截面构件内部合理设置横向和纵向加劲肋的方法,分析了设置纵向加劲肋对提高构件承载力的影响,并通过非线性有限元法对薄壁箱形构件的抗震性能进行了分析。

高强钢焊接薄壁箱形截面双向压弯构件的稳定承载力

采用ANSYS软件建立有限元模型分析了Q460钢焊接薄壁箱形截面双向弯曲压弯构件的极限承载力。分析中考虑几何缺陷和材料缺陷,以及几何非线性和材料非线性的影响。同时,研究了构件长细比和板件宽厚比对极限承载力的影响;探明构件达到极限承载力时真实的应力分布状态;提出了采用毛截面计算其承载力的简单计算公式;收集可获得的试验结果以验证提出的计算公式。研究表明,建立的有限元模型能够很好地模拟焊接箱形截面双向偏心压弯构件的局部-整体相关屈曲性能;在大部分情况下,无量纲极限承载力与构件长细比和板件宽厚比近似为线性关系;构件达到极限承载力时还处于弹性阶段;轴力和双向弯矩之间的相关曲线也近似为线性;引入屈服强度修正系数后,基于线性相关关系的计算公式能够很好地预测Q460钢薄壁双向压弯构件的极限承载力;该公式还可推广到普通钢构件和更高强度的钢构件。

不同构造形式节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接削弱型节点抗震性能分析

首先采用ABAQUS有限元软件,结合国内已通过试验验证的节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接以及已有的焊接节点试验,验证了有限元模拟的有效性。在通过有限元软件ABAQUS模拟几种不同构造形式的削弱型节点,并与标准型节点在单调荷载作用下的承载力、循环荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线、强度与刚度退化曲线、断裂指数等方面进行了对比分析,研究结果表明:节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接节点局部削弱可以改善节点的破坏形态,实现塑性铰的外移,防止节点脆性断裂;当采用节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的节点形式,由于弱轴方向本身抗侧刚度较大,同时考虑建筑功能要求、抗震效果及经济性等指标,弱轴方向宜采用削弱型节点,其中腹板开孔型节点承载力及刚度没有过多的下降,且滞回曲线饱满,耗能性能及延性较好。而狗骨削弱型节点存在侧向失稳的问题,因此建议节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接削弱型节点应采用腹板开孔型节点。