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高强钢焊接箱形柱受力性能研究(Ⅰ):残余应力统一分布模型

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建筑结构学报 2022年第3期43卷 138-147页

作者：潘毅仵振周祎黄冬川西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学抗震工程技术四川省重点实验室四川成都610031

现有高强钢焊接箱形截面残余应力分布模型仅适用于特定强度等级的高强钢,尚缺乏适用于不同强度等级高强钢的残余应力分布模型。为此,基于不同强度等级高强钢焊接箱形截面残余应力的已有试验,研究钢材的强度等级、板件厚度及宽厚比对残... 详细信息

现有高强钢焊接箱形截面残余应力分布模型仅适用于特定强度等级的高强钢,尚缺乏适用于不同强度等级高强钢的残余应力分布模型。为此,基于不同强度等级高强钢焊接箱形截面残余应力的已有试验,研究钢材的强度等级、板件厚度及宽厚比对残余应力分布和峰值的影响,提出不同强度等级高强钢焊接箱形截面的残余应力统一分布模型。该模型采用多重阶梯函数形状,适用于屈服强度460~960 MPa的焊接箱形截面,且满足每个板件自平衡条件和对称性。将残余应力统一分布模型的形状、数值和已有试验结果进行对比,证明该模型的准确性。在基于纤维模型的极限承载力数值分析中,分别采用残余应力统一分布模型和已有分布模型计算高强钢焊接箱形柱的受压承载力,并将各自得到的极限承载力与已有试验结果进行对比。研究结果表明,采用残余应力统一分布模型后,不同等级高强钢焊接箱形柱的纤维模型计算能更准确地预测其极限承载力。残余应力统一分布模型可为不同等级高强钢焊接箱形柱的二阶非弹性分析提供参考。

关键词：高强钢焊接箱形截面残余应力统一分布模型极限承载力

Q550钢焊接箱形截面压弯构件的局部稳定和屈曲后强度

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土木工程学报 2022年第10期55卷 22-32页

作者：申红侠聂子钧徐凯凯西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室陕西西安710055

通过12个Q550D钢短柱的单向偏压试验,研究高强钢焊接箱形截面压弯构件的局部稳定性能和极限承载力;将极限承载力与美国、欧洲和中国钢结构设计规范相关公式计算结果相比较,以验证各规范对Q550D钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度计算的... 详细信息

通过12个Q550D钢短柱的单向偏压试验,研究高强钢焊接箱形截面压弯构件的局部稳定性能和极限承载力;将极限承载力与美国、欧洲和中国钢结构设计规范相关公式计算结果相比较,以验证各规范对Q550D钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度计算的适用性。结果表明,在翼缘宽厚比b/t=27.9~56.1,腹板高厚比h/t=40.5~80.1,偏心距e_(y)=20~50mm,欧洲和中国规范中的相关公式有较高精度,仍然适用于550D钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度计算,而美国规范中相关公式有时偏不安全。

关键词： Q550钢焊接箱形截面压弯构件局部稳定试验研究屈曲后强度

高强钢焊接箱形柱力学性能研究(Ⅱ):二阶非弹性分析

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建筑结构学报 2022年第7期43卷 165-174页

作者：周祎仵振潘毅黄冬川西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学抗震工程技术四川省重点实验室四川成都610031

高强钢的焊接残余应力分布和普通钢材的有较大差异,现有的切线模量和刚度退化函数不适合用于高强钢焊接箱形截面的二阶非弹性分析。而精炼塑性铰模型通过切线模量和刚度退化函数可合理考虑残余应力的影响和塑性渐进发展,达到与塑性区模... 详细信息

高强钢的焊接残余应力分布和普通钢材的有较大差异,现有的切线模量和刚度退化函数不适合用于高强钢焊接箱形截面的二阶非弹性分析。而精炼塑性铰模型通过切线模量和刚度退化函数可合理考虑残余应力的影响和塑性渐进发展,达到与塑性区模型相近的精度。基于此,提出适合高强钢焊接箱形截面的二阶非弹性分析方法。通过稳定函数考虑单元二阶效应,基于杆端部转动引起的构件弯曲及其导致的轴向应变,考虑弯曲效应。在精炼塑性铰模型中,采用高强钢焊接箱形截面的残余应力统一分布模型,通过截面分析法构建不同强度等级的焊接箱形截面切线模量计算公式。同时,分析轴力和弯矩共同作用下的渐进屈服对箱形截面刚度退化的影响,从而建立可模拟截面塑性发展的刚度退化函数。结合塑性铰的产生与发展对平衡微分方程解的影响,建立梁柱单元的弹塑性刚度矩阵。结果表明,所提出的二阶非弹性分析方法可准确分析高强钢焊接箱形截面轴压构件的力学性能,可应用于高强钢框架结构设计,为二阶非弹性分析方法的工程应用提供参考。

关键词：高强钢焊接箱形截面二阶非弹性分析精炼塑性铰极限承载力

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

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建筑钢结构进展 2023年第9期25卷 20-31页

作者：申红侠杨忠桥聂子钧徐凯凯西安建筑科技大学土木工程学院西安710055 西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室西安710055

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... 详细信息

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。

关键词：高强钢焊接箱形截面压弯构件双向弯曲局部-整体相关屈曲极限承载力试验研究

高强钢焊接箱形截面双向压弯构件屈曲后强度设计方法研究

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建筑钢结构进展 2022年第1期24卷 24-30页

作者：申红侠林啟邦程浩西安建筑科技大学土木工程学院西安710055 西安建筑科技大学结构工程与抗震教育部重点实验室西安710055 中冶赛迪工程技术股份有限公司重庆401122

相比于《钢结构设计规范》(GB 50017—2003),《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)取得了较大的进步,允许板件先于构件发生屈曲,并利用了板件屈曲后强度。GB 50017—2017对轴心受压构件、受弯构件和单向压弯构件均给出了屈曲后强度计算公... 详细信息

相比于《钢结构设计规范》(GB 50017—2003),《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)取得了较大的进步,允许板件先于构件发生屈曲,并利用了板件屈曲后强度。GB 50017—2017对轴心受压构件、受弯构件和单向压弯构件均给出了屈曲后强度计算公式,但对双向压弯构件却未给出计算公式。分析了已有的高强钢压弯构件屈曲后强度计算方法,基于GB 50017—2017中的压弯构件稳定承载力计算公式,提出了双向压弯构件屈曲后强度计算公式,收集已有高强钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度的试验和有限元结果以验证公式的有效性。研究结果表明,提出的计算公式能在大部分构件长细比和板件宽厚比范围内偏于保守地预测名义屈服强度为460 MPa和690 MPa的高强钢焊接箱形截面双向压弯构件的屈曲后强度。

关键词：高强钢焊接箱形截面双向压弯构件屈曲后强度设计方法

Q420～Q960钢材焊接箱形截面构件轴压整体稳定性能

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建筑结构学报 2023年

作者：王杰狄谨张茜秦凤江门朋飞重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室浙江大学建筑工程学院西安长大桥梁工程技术有限责任公司

为研究高强度钢材焊接箱形截面构件的轴压整体稳定性能，对10个Q420～Q960钢材箱形厚实截面长柱进行了试验研究，测量了试件的几何初弯曲，分析了试件的破坏模式、轴向变形、轴向应变和整体稳定承载力，然后采用验证后的有限元模型对钢... 详细信息

为研究高强度钢材焊接箱形截面构件的轴压整体稳定性能，对10个Q420～Q960钢材箱形厚实截面长柱进行了试验研究，测量了试件的几何初弯曲，分析了试件的破坏模式、轴向变形、轴向应变和整体稳定承载力，然后采用验证后的有限元模型对钢材强度和长细比开展参数分析，对规范整体稳定设计方法进行修正。试验结果表明，随着钢材强度和长细比的增大，试件延性变差；钢材强度和长细比越大，试件达到最大承载力时进入塑性阶段的截面越小；欧洲、中国和美国规范低估了高强钢构件的整体稳定承载力，并且钢材强度越高，规范越保守，美国规范的计算值与试验值最接近。基于参数分析结果，推荐了Q420～Q960中各强度钢材焊接箱形截面构件适用的屈曲曲线；提出了整体稳定承载力规范计算值的修正公式。

关键词：高强钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定

不锈钢焊接箱形截面压弯构件弯曲屈曲试验研究

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工程力学 2018年第12期35卷 143-150页

作者：杨璐宁克洋班慧勇赵梦晗北京工业大学建筑工程学院北京100124 清华大学土木工程系、清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084

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... 详细信息

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。

关键词：不锈钢焊接箱形截面压弯构件试验研究整体稳定承载力

Q345GJ钢(中)厚板H形及箱形柱残余应力与轴压稳定承载力分析

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工程力学 2017年第12期34卷 171-182页

作者：聂诗东戴国欣沈乐杨波山地城镇建设与新技术教育部重点试验室(重庆大学) 重庆400045 重庆大学土木工程学院重庆400045

采用条形切割法对三种截面规格的Q345GJ钢焊接H形和箱形截面残余应力进行测试,通过MATLAB拟合得到其简化的多折线分布模式,并与规范所取残余应力分布模式对比。对9根焊接H形和3根焊接箱形(中)厚板足尺构件进行轴压试验,获得构件整体稳... 详细信息

采用条形切割法对三种截面规格的Q345GJ钢焊接H形和箱形截面残余应力进行测试,通过MATLAB拟合得到其简化的多折线分布模式,并与规范所取残余应力分布模式对比。对9根焊接H形和3根焊接箱形(中)厚板足尺构件进行轴压试验,获得构件整体稳定承载力。引入实测残余应力,通过ABAQUS进行Q345GJ钢轴压柱有限元分析,并与试验结果、规范计算结果进行对比,同时开展参数化分析获得轴压构件稳定曲线。试验及分析结果表明:Q345GJ钢H形和箱形截面采用多折线简化分布模式更符合残余应力实测结果;Q345GJ钢(中)厚板H形截面翼缘采用不分层或考虑分层的残余应力简化模式,对于构件绕弱轴稳定承载力影响不大;Q345GJ钢H形截面实测残余应力分布模式在翼缘自由端处与规范有较大区别,构件在正则化长细比为0.4~1.1区段的稳定承载力有下降趋势。

关键词： Q345GJ 残余应力焊接H形截面焊接箱形截面稳定承载力

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焊接箱形截面不锈钢柱相关稳定性能分析

工程力学 2015年第9期32卷 84-91页

作者：袁焕鑫王元清石永久朱一锋 Gardner Leroy 武汉大学土木建筑工程学院武汉430072 清华大学土木工程系北京100084 无锡东宝机械制造有限公司无锡214181 Department of Civil and Environmental Engineering Imperial College London

采用有限元法对焊接箱形截面不锈钢柱的局部与整体相关稳定性能进行分析,研究利用板件的屈曲后强度,以实现更为经济合理的构件截面设计。建立了可以准确模拟不锈钢非线性材料力学性能、截面焊接残余应力和构件的局部与整体几何初始缺陷... 详细信息

采用有限元法对焊接箱形截面不锈钢柱的局部与整体相关稳定性能进行分析,研究利用板件的屈曲后强度,以实现更为经济合理的构件截面设计。建立了可以准确模拟不锈钢非线性材料力学性能、截面焊接残余应力和构件的局部与整体几何初始缺陷等因素的精确有限元数值模型,并依据试验结果对模型的可靠性进行了验证。基于验证可靠的有限元模型,开展了系统参数分析,同时补充了大量的数值计算数据点。根据得到的试验和有限计算结果,对相关稳定承载力的理论计算方法进行了比较分析,表明现有的方法应用较为复杂,而且可能高估构件的相关稳定承载力。针对奥氏体型和双相型两类不锈钢提出了通用的计算修正系数,给出了新的直接强度法计算公式,经试验与有限元计算结果验证,表明其能够准确计算焊接箱形截面不锈钢柱的相关稳定承载力。

关键词：不锈钢柱相关稳定焊接箱形截面有限元法有效宽度法直接强度法