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冷弯薄壁卷边槽钢绕弱轴偏心受压构件承载力试验研究

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建筑结构学报 2016年第7期37卷 74-81页

作者：程睿崔佳金声黄宗明石宇山地城镇建设与新技术教育部重点实验室(重庆大学) 重庆400045 重庆大学土木工程学院重庆400045

为研究C型冷弯薄壁型钢压弯构件稳定性能,特别是其畸变屈曲性能,设计了38个冷弯薄壁卷边槽钢(C型钢)绕弱轴偏心受压短柱和中长柱试件,对其进行承载力试验,分析其破坏模式、极限承载力和变形性能。研究结果表明:正偏心受压试件的破坏主... 详细信息

为研究C型冷弯薄壁型钢压弯构件稳定性能,特别是其畸变屈曲性能,设计了38个冷弯薄壁卷边槽钢(C型钢)绕弱轴偏心受压短柱和中长柱试件,对其进行承载力试验,分析其破坏模式、极限承载力和变形性能。研究结果表明:正偏心受压试件的破坏主要由畸变屈曲模式控制,而典型的负偏心受压试件的破坏则主要受局部屈曲控制。对于中长柱试件,破坏还包含与整体屈曲的相关屈曲特征。正偏心受压试件承载力随腹板高厚比的增加而提高,而负偏心受压试件则呈现相反的规律。将试验结果和其他已有的试验研究数据与按GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》和北美(加拿大)规范S 136-12计算的试件承载力进行了对比,结果表明:对于负偏心受压构件,当应力不均匀系数ζ(截面上最小应力与最大应力的比值)趋于0并偏向负值(偏心距较大)时,随着ζ的减小,GB 50018—2002计算值与试验值的误差呈现逐渐增大的趋势,明显偏于不安全,当ζ≥-1.6时,按S 136-12对构件承载力的预估偏于安全;对于正偏心受压构件,当ζ≥-0.2时,GB 50018—2002和S 136-12对构件承载力的预估在多数情况下偏于保守,但其计算值离散性较大。

关键词：偏心受压构件冷弯薄壁卷边槽钢静力试验承载力破坏模式

Q460冷弯薄壁卷边槽钢轴压构件屈曲性能研究

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Q460冷弯薄壁卷边槽钢轴压构件屈曲性能研究

作者：任瑞雪江南大学

学位级别：硕士

当前工程中应用较多的热镀铝锌高强钢冷弯薄壁构件因板件宽厚比较大,易于在弹性阶段发生屈曲破坏,使得材料强度无法充分利用;而传统高强钢构件多采用焊接截面,自重较大且加工不便。因此,本文提出了一种利用Q460热轧钢板冷弯成型的卷边... 详细信息

当前工程中应用较多的热镀铝锌高强钢冷弯薄壁构件因板件宽厚比较大,易于在弹性阶段发生屈曲破坏,使得材料强度无法充分利用;而传统高强钢构件多采用焊接截面,自重较大且加工不便。因此,本文提出了一种利用Q460热轧钢板冷弯成型的卷边槽钢构件。通过试验研究和有限元数值模拟,探究了此类构件在轴压荷载下的受力性能,讨论了不同几何参数对其承载能力的影响规律,并提出了适用于此类构件畸变-局部相关屈曲破坏的直接强度法建议公式,主要研究内容与结论如下:在试验研究方面,对简支条件下的16根厚度为4mm和6mm的Q460高强冷弯薄壁卷边槽钢柱进行了破坏性轴压加载试验。构件的屈曲模式包括整体弯扭屈曲、局部屈曲、畸变-整体相关屈曲和畸变-局部相关屈曲。构件极限承载力与全截面屈服强度的比值(承载效率)大多位于0.6～0.9之间,总体来说此类构件的承载效率较高。当其余尺寸均不变时,构件几何参数对极限承载力和承载效率的影响规律基本表现为:长度增加时,构件的长细比增大,极限承载力和承载效率均降低;腹板高度增加时,局部屈曲更容易发生,极限承载力与承载效率先增后减;翼缘宽度增大时,翼缘与卷边组合体对腹板的约束增强,构件承载力有所提高,而承载效率的变化趋势与构件长度有关;板件厚度增加时,板件宽厚比减小且截面刚度增大,构件的承载力与承载效率均有提高。在有限元研究方面,建立了可靠的有限元模型并据此展开参数分析,探究了初始几何缺陷的影响和截面高宽比、卷边宽度、板件厚度、构件长度和边界条件对构件承载性能的影响。研究表明不同的初始几何缺陷模态可能导致不同屈曲模式的发生,从而影响构件的极限承载力;而初始几何缺陷幅值仅影响构件的承载力,缺陷幅值越大,构件的极限承载力越低。截面高宽比的提高会导致屈曲模式的改变,使得极限承载力和承载效率的变化表现为先增后减;增大卷边宽度或板件厚度可以提高构件的极限承载力与承载效率,但其有利影响程度逐渐变小;当构件长度增加时,其长细比增大,极限承载力与承载效率均逐渐降低且降幅逐渐增大,破坏模式也由畸变或局部相关屈曲向整体屈曲转变;边界条件对整体屈曲的极限承载力影响较大,对畸变或局部相关屈曲的承载力影响较小。在轴压承载力计算方法研究方面,将现行直接强度法计算公式与加载试验结果和有限元分析结果展开对比,发现现行计算方法对畸变-局部相关屈曲承载力的预测过于保守。对现行畸变-局部相关屈曲承载力公式进行研究,并给出修正后的建议公式。将建议公式预测值、原公式预测值与本文中发生畸变-局部相关屈曲的试验和有限元数据进行对比,发现本文给出的建议公式计算结果与现有数据结果吻合较好。因此,本文研究成果为完善Q460冷弯薄壁卷边槽钢构件相关设计规范提供了可靠的参考,有助于推动此类新型构件在工程中的应用。

关键词： Q460高强钢冷弯薄壁卷边槽钢轴压构件相关屈曲直接强度法

绕弱轴纯弯的冷弯薄壁卷边槽钢畸变屈曲性能研究

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绕弱轴纯弯的冷弯薄壁卷边槽钢畸变屈曲性能研究

作者：胡欣兰州理工大学

学位级别：硕士

冷弯薄壁卷边槽钢构件具有板件厚度较小、板件宽厚比较大的特点,使得这类构件的稳定问题是控制其极限荷载大小的关键因素。在外部荷载作用下,卷边槽钢构件可能会由于畸变屈曲、局部屈曲或整体屈曲而发生破坏,畸变屈曲作为一种有别于局... 详细信息

冷弯薄壁卷边槽钢构件具有板件厚度较小、板件宽厚比较大的特点,使得这类构件的稳定问题是控制其极限荷载大小的关键因素。在外部荷载作用下,卷边槽钢构件可能会由于畸变屈曲、局部屈曲或整体屈曲而发生破坏,畸变屈曲作为一种有别于局部屈曲与整体屈曲的特殊屈曲模式,在一些特定条件下可能对构件设计起到关键的控制作用。目前对于轴压构件、绕强轴纯弯构件的畸变屈曲性能研究已经比较完善,而针对绕弱轴纯弯构件的畸变屈曲性能还有待深入探讨。因此本文采用理论分析与有限元、有限条软件相结合的方法,对卷边槽钢构件在绕弱轴弯矩作用下的畸变屈曲性能进行研究和分析。由于构件的畸变屈曲性能会随着卷边弯起角度的改变而发生变化,因而本次研究以直卷边、斜卷边槽钢构件为研究对象,分析构件在绕弱轴纯弯作用下的弹性畸变屈曲应力和极限承载能力,主要完成的工作内容如下:(1)用有限条软件CUFSM计算绕弱轴纯弯的卷边槽钢构件弹性畸变屈曲应力,在此基础上分析各尺度参数对畸变屈曲应力的影响规律,继而建立适用于求解直卷边、斜卷边槽钢构件弹性畸变屈曲临界应力的计算简式。分别用计算简式和有限条程序计算不同尺度参数范围构件的弹性畸变屈曲应力,对比两种方法的计算结果,发现本文建立的计算简式具有较高的精度。(2)利用有限元软件ANSYS对大量绕弱轴纯弯的直卷边、斜卷边槽钢构件的畸变屈曲性能以及极限荷载进行了参数分析。讨论了不同截面几何参数对构件破坏模式及极限荷载的影响规律。结果表明,不同截面参数对构件的畸变屈曲性能产生一定影响,而板件厚度与卷边宽度是影响构件畸变屈曲性能的关键因素。(3)对我国《冷弯型钢结构技术规范》中给出的纯弯构件畸变屈曲DSM计算式进行修正,使其能够适用于求解卷边槽钢构件在绕弱轴弯矩作用下的畸变屈曲荷载,并基于修正后的DSM计算式检验我国规范中给出的偏压构件DSM计算式对于绕弱轴偏压构件的适用性。结果表明,修正后的纯弯构件畸变屈曲DSM计算式的求解结果与有限元软件分析结果误差更小,而规范中的偏压构件DSM计算式对绕弱轴偏压构件具有一定的局限性。

关键词：冷弯薄壁卷边槽钢畸变屈曲纯弯弹性畸变屈曲应力直接强度法

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Q460冷弯薄壁卷边槽钢受弯承载性能研究

Q460冷弯薄壁卷边槽钢受弯承载性能研究

作者：周超江南大学

学位级别：硕士

冷弯薄壁型钢近年来因其力学性能均匀、易加工且节能环保等优点被建筑行业广泛应用。随着结构向轻质高强的方向发展,高强钢应用也逐渐增多。当前工程中常用的热镀铝锌高强钢冷弯薄壁构件因板件宽厚比较大,易于在弹性阶段发生屈曲破坏,... 详细信息

冷弯薄壁型钢近年来因其力学性能均匀、易加工且节能环保等优点被建筑行业广泛应用。随着结构向轻质高强的方向发展,高强钢应用也逐渐增多。当前工程中常用的热镀铝锌高强钢冷弯薄壁构件因板件宽厚比较大,易于在弹性阶段发生屈曲破坏,使得材料强度无法充分发挥;而传统的高强钢构件多采用焊接截面,自重较大且加工不便。目前对于高强冷弯型钢的研究不够充分,且研究的厚度较小,因此本文提出采用热轧Q460高强钢板,通过弯折机冷弯成型,厚度为4mm和6mm的冷弯薄壁卷边槽钢构件。受弯构件作为建筑结构中基本的承重构件,其承载性能存在研究的必要性,因此本文通过试验研究和有限元模拟,探究了Q460冷弯薄壁卷边槽钢的受弯承载性能,讨论了不同几何参数对其承载性能的影响规律,对发生不同屈曲模式的构件,分别提出了修正后的整体屈曲和畸变屈曲两种屈曲模式下的直接强度法承载力计算公式。本文的主要研究内容与结论如下:(1)对18根Q460冷弯薄壁卷边槽钢构件进行四点弯曲加载试验。试件的屈曲模式主要为整体弯扭屈曲和整体弯扭与畸变相关屈曲两种,跨中截面的变形最大,所有试件都是在纯弯段发生破坏的。试件的受弯极限承载力随着截面尺寸的增加而增大,在相同的腹板高度下,试件的受弯极限承载力随着翼缘宽度的增加而线性增大,且不同腹板高度下增长的幅度基本相同。试件腹板高度增加引起的受弯极限承载力增大幅度没有翼缘宽度变化的影响程度剧烈。截面厚度增大,承载力显著增大。卷边宽度对于此类试件受弯极限承载力的影响不大。(2)构件的有限元模拟和试验加载在极限承载力、屈曲模式以及荷载—位移曲线三个方面均吻合良好,证明了本文所采用有限元模拟方法的可靠性和准确性。初始几何缺陷幅值为千分之一跨度时,缺陷的影响不足以改变构件的屈曲模式。在多种受考察的初始几何缺陷模态中,跨中截面的内缩畸变缺陷承载力最低,可作为参数分析的初始几何缺陷模态,选用千分之一跨度作为参数分析的初始几何缺陷幅值。(3)采用验证后的有限元方法并引入初始几何缺陷对构件几何尺寸进行了参数分析,结果表明构件的极限承载力随着腹板高度的增加而增加,不同截面尺寸增加的幅度不同,翼缘宽度大的截面增加幅度更大;翼缘宽度对于构件极限承载力的影响规律并不单调,不同截面受翼缘宽度的影响趋势有所不同;构件的极限承载力随着卷边宽度的增加而小幅度增加,截面尺寸较小的构件始终只发生整体弯扭屈曲,而截面较大的构件随着卷边宽度的增加屈曲模式由畸变屈曲逐渐转为腹板的局部屈曲;构件的极限承载力随着板件厚度的增加而明显增加,截面尺寸较大时增长的幅度略有增大;构件的极限承载力随着构件纯弯段长度的增加而降低,截面尺寸小的构件降低程度更大。(4)将现行规范中直接强度法计算公式与加载试验结果和有限元参数分析结果展开对比,发现其对于本文中所研究的Q460冷弯薄壁卷边槽钢受弯构件极限承载力预测结果普遍偏于不安全。结合现行直接强度法公式以及有限元模拟和试验加载结果,针对发生不同屈曲模式的构件,分别提出了修正后的整体屈曲和畸变屈曲两种屈曲模式下的直接强度法承载力计算公式。将建议公式极限承载力预测结果、原公式预测结果与发生相应屈曲模式的试验加载和有限元模拟构件承载力结果进行对比,发现本文给出的建议公式计算结果与研究所得数据吻合较好,且离散程度较低。本文给出的建议公式可以较为准确地预测Q460冷弯薄壁卷边槽钢受弯构件的极限承载力。

关键词： Q460高强钢冷弯薄壁卷边槽钢受弯试验整体屈曲畸变屈曲非线性有限元直接强度法

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冷弯薄壁卷边槽钢檩条的有效截面分析

工业建筑 2015年第2期45卷 131-135,148页

作者：孙德发嘉兴学院结构工程研究所浙江嘉兴314001 莱比锡应用技术大学建筑工程学院德国莱比锡04251

在分析比较Eurocode 3(EN 1993-1-3)和GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》的基础上,针对冷弯薄壁卷边槽钢檩条的有效截面进行探讨和对比分析。计算结果表明:GB 50018—2002计算有效截面模量相对保守,按Eurocode 3(EN 1993-1-3... 详细信息

在分析比较Eurocode 3(EN 1993-1-3)和GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》的基础上,针对冷弯薄壁卷边槽钢檩条的有效截面进行探讨和对比分析。计算结果表明:GB 50018—2002计算有效截面模量相对保守,按Eurocode 3(EN 1993-1-3)计算相对合理。在满应力状况下,对于采用2 mm厚C180—C250规格的冷弯薄壁卷边槽钢檩条,有效截面模量的折减系数分别可取为0.9(Q235钢材)和0.8(Q345钢材)。

关键词：冷弯薄壁卷边槽钢檩条有效截面

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冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱屈曲实用计算研究

工业建筑 2011年第8期41卷 96-100页

作者：罗洪光郭耀杰李昆杨琴原三峡大学土木与建筑学院湖北宜昌443002 武汉大学土木建筑工程学院武汉430072

基于直接强度法,拟合冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱局部屈曲、畸变屈曲实用计算公式,取局部屈曲、畸变屈曲与整体屈曲三者的最小值作为轴压柱屈曲计算结果。3种屈曲计算值与有关试验值的对比分析表明,所提出的实用计算公式在适用范围内与试验... 详细信息

基于直接强度法,拟合冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱局部屈曲、畸变屈曲实用计算公式,取局部屈曲、畸变屈曲与整体屈曲三者的最小值作为轴压柱屈曲计算结果。3种屈曲计算值与有关试验值的对比分析表明,所提出的实用计算公式在适用范围内与试验值吻合较好,且计算公式简单、实用,避免了对专用计算程序的依赖。

关键词：冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱直接强度法屈曲承载力实用计算

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冷弯薄壁卷边槽钢檩条弯曲变形的抗弯刚度

建筑结构 2014年第21期44卷 13-16页

作者：孙德发嘉兴学院结构工程研究所嘉兴314001 莱比锡应用技术大学建筑工程学院莱比锡04251

在分析比较欧洲规范EN 1993-1-3和我国《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB 50018—2002）的基础上,针对冷弯薄壁卷边槽钢檩条弯曲变形的抗弯刚度进行了较深入的探讨和对比分析。计算结果表明：按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB 50018... 详细信息

在分析比较欧洲规范EN 1993-1-3和我国《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB 50018—2002）的基础上,针对冷弯薄壁卷边槽钢檩条弯曲变形的抗弯刚度进行了较深入的探讨和对比分析。计算结果表明：按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB 50018—2002）计算有效截面抗弯刚度相对保守,按毛截面计算抗弯刚度稍显不安全,按EN 1993-1-3计算相对合理。在满应力状况下,对于2mm厚C140~C250规格的冷弯薄壁卷边槽钢檩条,在正常使用极限状态下,抗弯刚度折减系数可取毛截面抗弯刚度的0.95倍（Q235钢）和0.9倍（Q345钢）。

关键词：冷弯薄壁卷边槽钢檩条有效截面弯曲变形抗弯刚度

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冷弯薄壁卷边槽钢受弯构件畸变屈曲性能研究

冷弯薄壁卷边槽钢受弯构件畸变屈曲性能研究

作者：高段武汉理工大学

学位级别：硕士

冷弯薄壁型钢因其具有截面特性优良、便于工厂化生产、重量轻等优点而在建筑行业中备受青睐。稳定问题一直以来都是钢结构设计中的核心问题,对于冷弯薄壁型钢构件来说,稳定问题更加重要。冷弯薄壁型钢可能出现的屈曲模式有局部屈曲、畸... 详细信息

冷弯薄壁型钢因其具有截面特性优良、便于工厂化生产、重量轻等优点而在建筑行业中备受青睐。稳定问题一直以来都是钢结构设计中的核心问题,对于冷弯薄壁型钢构件来说,稳定问题更加重要。冷弯薄壁型钢可能出现的屈曲模式有局部屈曲、畸变屈曲、整体屈曲。随着材料的屈服强度越来越高,构件厚度越来越薄,截面形式日趋复杂,畸变屈曲更容易成为控制构件承载力的屈曲模式。以往对于冷弯薄壁型钢受弯构件畸变屈曲性能的研究,多集中在构件受纯弯作用这一荷载形式,对构件受线性弯矩和翼缘承受均布力等典型荷载形式的研究非常少。为此,本文对受弯构件畸变屈曲的进行更加全面深入的研究。首先,本文选取了经大量研究证实的易发生畸变屈曲的截面,进行了有限元分析,并将分析结果与有限条计算软件计算结果进行对比,误差在5%以内,证实模型建立的有效性,为下一步的有限元研究提供依据。其次,用经验证的有限元模型对冷弯薄壁卷边槽钢受弯构件的畸变屈曲性能进行了分析,包括线弹性分析和弹塑性分析。线弹性分析的主要内容为截面参数及构件长度对受纯弯、线性弯矩、均布力作用的冷弯薄壁卷边槽钢构件畸变屈曲模态、畸变屈曲弯矩的影响,并对比分析了同种截面形式下作用不同荷载形式时,畸变屈曲模态及畸变屈曲承载能力之间的区别和关系。弹塑性分析主要研究了冷弯薄壁槽钢构件的极限承载力,并与直接强度法计算结果进行对比。最后,研究了蒙皮支撑对冷弯薄壁卷边槽钢受弯构件稳定性能的影响。研究内容主要包括蒙皮支撑分别位于构件受拉翼缘、受压翼缘一侧时对槽钢受弯构件稳定性能的影响;有蒙皮支撑的槽钢梁间距不同、根数不同时对槽钢受弯构件稳定性能的影响。而后分析了蒙皮厚度对冷弯薄壁卷边槽形受弯构件稳定性能的影响。

关键词：冷弯薄壁卷边槽钢畸变屈曲荷载形式有限元分析蒙皮

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冷弯薄壁卷边槽钢梁开圆孔腹板稳定性能研究

冷弯薄壁卷边槽钢梁开圆孔腹板稳定性能研究

作者：吕金宝西安建筑科技大学

学位级别：硕士

在冷弯薄壁型钢结构中,为了降低层高而让管线从梁中通过,在梁和柱的腹板及翼缘中常需要开孔洞。由于孔洞的存在,必然会对构件的承载力和稳定性能产生影响。美国AISI规范中对特定条件下的带洞腹板做了规定,而我国《冷弯薄壁型钢技术规范... 详细信息

在冷弯薄壁型钢结构中,为了降低层高而让管线从梁中通过,在梁和柱的腹板及翼缘中常需要开孔洞。由于孔洞的存在,必然会对构件的承载力和稳定性能产生影响。美国AISI规范中对特定条件下的带洞腹板做了规定,而我国《冷弯薄壁型钢技术规范》(GB50018-2002)对此尚无规定。因此,本文对工程中常用的冷弯薄壁卷边槽钢梁腹板开圆形孔洞稳定性能进行了研究。本文利用有限元ANSYS软件,借鉴研究实腹梁腹板稳定问题的方法,将开圆形孔洞腹板简化为四边简支板单独考虑板的稳定,分析了开孔参数和板宽高比对屈曲系数的影响,通过回归分析计算得到四边简支板屈曲系数关于开孔参数和板高宽比的函数。在此基础上,建立增加翼缘的卷边槽钢模型,分析了翼缘宽度对屈曲系数的影响,通过回归分析计算得到腹板屈曲系数关于翼缘宽度的函数,即嵌固系数函数。从而得到冷弯薄壁卷边槽钢梁腹板开圆形孔洞的屈曲系数的计算公式。本文仅对腹板在纯弯和纯剪两种荷载作用情况进行了分析,所得结论可为类似的腹板开孔问题的研究与设计提供参考。

关键词：冷弯薄壁卷边槽钢开圆孔腹板嵌固系数有限单元法