卷边槽钢纯弯构件畸变屈曲板组约束系数的直接强度法分析

随着高强冷弯薄壁型钢在建筑业中的大规模应用,使得构件畸变屈曲的出现可能先于板件的局部屈曲,成为构件失效控制模式。畸变屈曲的破坏机理不同于局部屈曲,其弹性屈曲应力计算过程也大相径庭。现有畸变屈曲临界应力的计算公式异常复杂,在设计中可以借助数值分析的方法进行计算。有限条方法和有限元方法是常用的两种数值分析方法,采用有限条方法和有限元方法计算了冷弯薄壁型钢柱构件弹性畸变屈曲应力和屈曲半波长度,对比研究发现二者结果非常接近,均可用于分析柱试件的弹性畸变屈曲。

文中对应用于开单孔轴压构件承载力计算的直接强度法进行了介绍,同时给出了腹板开多圆孔和多椭圆孔轴压构件的试验结果,利用介绍的直接强度法计算了试验构件的极限承载力。计算结果表明：应用于开单孔轴压构件承载力计算的直接强度法计算构件承载力与试验值比较吻合,且有一定的安全度。应用于单孔轴压构件极限承载力计算的直接强度法同样适用于腹板开多孔构件极限承载力的计算,可用于冷弯薄壁型钢开孔构件的工程设计。

文中对应用于开单孔轴压构件承载力计算的直接强度法进行了介绍,同时给出了腹板开多圆孔和多椭圆孔轴压构件的试验结果,利用介绍的直接强度法计算了试验构件的极限承载力。计算结果表明:应用于开单孔轴压构件承载力计算的直接强度法计算构件承载力与试验值比较吻合,且有一定的安全度。应用于单孔轴压构件极限承载力计算的直接强度法同样适用于腹板开多孔构件极限承载力的计算,可用于冷弯薄壁型钢开孔构件的工程设计。

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。

关于冷弯内卷边槽钢（c220*75*20*2.5mm） 加工生产工艺说明 一、冷弯内卷边槽钢与普通热轧槽钢区别： 普通槽钢为热轧型属于型材类由钢铁厂直接生产，而冷弯内卷边 槽钢是热卷板冷弯加工而成。冷弯内卷边槽钢用于钢结构建筑的 檩条，墙梁（特点：壁薄自重轻、截面性能优良、强度高同等强 度可以节约材料30%）。 二、冷弯内卷边槽钢配件： 1.檩托板（加工流程：钢板切割下料，除锈，钻孔，焊接组装， 喷漆）： （檩托板大样图） 2.螺栓螺帽； 3.拉条（加工流程：圆钢切割，滚丝，除锈，喷漆）； 4.隅撑（加工流程：角钢切割，钻孔，除锈，喷漆） 三、冷弯内卷边槽钢加工制作流程： 1.钢结构公司购买整卷带钢; （带钢原材料） 2.钢结构公司通过冷弯内卷边槽钢设备按照设计院设计师计算 的长度及数量来生产冷弯内卷边槽钢（半成品）。 （冷弯内卷边制作加工设备） 3.生产出来的冷弯槽钢人工除

冷弯薄壁卷边槽钢在受力过程中除可能出现整体屈曲和局部屈曲外,还可能出现畸变屈曲。发生畸变屈曲会恶化构件的受力性能,从而降低构件的极限承载力。比较研究了5个国家或地区规范针对畸变屈曲的设计计算方法,并对最新的畸变屈曲承载力计算方法研究成果进行归纳,最后就既有的5种考虑畸变屈曲的承载力计算方法与有关试验进行对比分析,结果表明:北美规范采用的直接强度法适用范围广且精度相对较高。

畸变屈曲是冷弯型钢结构稳定设计的重要屈曲模式之一,正逐步受到人们的重视。传统的有效宽度法难以解决畸变屈曲计算问题,在新近提出的直接强度法中,弹性畸变屈曲应力fod的求解是畸变屈曲计算的关键。利用现有文献数据,针对冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱,分析了截面各种几何参数对畸变屈曲应力fod的影响,在此基础上拟合得到了fod的计算式,从而提出可用于直接强度法的卷边槽形冷弯薄壁型钢柱弹性畸变屈曲实用计算式。该式不仅简单实用、物理意义明确,而且具有较高工程精度,既摆脱了对专用计算程序的依赖,又避免了繁琐的计算。

研究了带有腹板加劲肋的帽形卷边槽钢截面的薄壁组合柱的屈曲性能。这些柱由具有对称铺设角的层合板构成。采用有限元法对柱的屈曲性能进行分析。通过分叉分析以获得屈曲荷载及柱的振型。采用荷载-挠度曲线分析对柱的后屈曲性能进行研究。结果表明:铺设角和几何参数对柱的屈曲和后屈曲性能影响显著。本文的研究结果有助于研究如何提高组合柱的承载能力。

通过计算得到了适合各种弯起角度的斜卷边槽形截面特性计算公式,方便了手算求解构件的屈曲应力。采用直接强度计算法对斜卷边槽钢轴压固支柱的稳定承载力及破坏模式进行了分析,并与已有的试验资料进行了对比。结果表明:直接强度法可以有效地预测斜卷边槽钢轴压固支构件的稳定承载力,从而说明了建立在简支试验结果基础上,经回归得到的直接强度法同样适用于固支柱稳定承载力的计算。

对冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱承载力分别用中国规范(gb50018-2002)中的有效宽度法和美国规范aisis100-2007附录中的直接强度法(dsm)进行了稳定承载力计算。计算结果表明:采用0.85fy的直接强度法可以有效预测冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱稳定承载力,与gb50018-2002中的有效宽度法计算结果吻合较好,可供修订规范和设计时参考。

直接强度法是确定薄壁构件承载力非常有效的一种新方法。利用ansys分析确定了卷边槽钢截面的有效形心偏移量,并建立了有效形心偏移的计算公式。在此基础上,提出了对称轴平面内偏心受压状态下,卷边槽钢简支构件在弯矩作用平面内的稳定承载力直接强度计算方法。方法中考虑了局部与整体以及畸变与整体的相关屈曲,并考虑了截面有效形心的偏移。与试验及有限元分析结果的对比表明,用该方法确定卷边槽钢截面有效形心的偏移及偏压构件的极限承载力是可行的。

畸变屈曲是冷弯薄壁卷边槽钢的一种重要屈曲模式,弹性畸变屈曲临界应力是目前一些主要规范计算畸变屈曲的关键。该文首先推导出畸变屈曲模式下,构件纵向翘曲位移的显式计算公式,从而简化计算过程;然后基于经典的薄板理论,计算平面内位移,确定构件平面内的变形,在现有研究基础上得到斜卷边冷弯薄壁槽钢轴压柱弹性畸变屈曲计算公式;最后与有限条法、近似模型计算法进行对比,验证了该文计算方法的正确和有效性。该文中的弹性畸变屈曲计算公式简单,便于手算,可供工程设计人员参考。

采用有效宽度法和直接强度法分别对冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱承载能力进行了分析,在此基础上,对加设隔板这种加固方式的试验效果进行比较分析,结果表明:当采用矩形隔板,在1/2～1/3半波间距布置隔板时,为经济有效的布置方式。

冷弯薄壁卷边槽钢檩条的有效截面分析

为了解腹板v形加劲冷弯薄壁卷边槽钢构件的受压性能,对8根短柱和中长柱进行了轴心受压试验研究。在试验之前首先用有限条和有限元方法对柱试件进行了详细的设计,以确保发生畸变屈曲失效。柱受压试验结果发现:所有试件均发生畸变屈曲失效破坏,同时在峰值荷载时中长柱试件有绕弱轴的弯曲产生,畸变屈曲和局部屈曲一样也有一定的屈曲后强度。在总结分析现有国内外规范计算理论的基础上,提出了基于直接强度法设计腹板v形加劲冷弯薄壁卷边槽钢轴压构件畸变屈曲承载力的计算方法。采用该建议方法计算所得结果与试验值和参数分析值吻合较好,其设计过程简便且安全可靠。

为了研究冷弯薄壁卷边槽钢偏心受压构件的极限承载力,对13根偏心受压的冷弯薄壁卷边槽钢进行了破坏性试验,并建立有限元分析方法对试件进行模拟分析,有限元分析结果与试验结果吻合良好,验证了有限元方法的有效性;对典型截面构件进行大量的参数分析,研究截面尺寸、长细比、荷载作用点位置及材料特性等因素对卷边槽钢偏心受压构件极限承载力的影响,提出了冷弯薄壁卷边槽钢偏心受压构件极限承载力计算的折减强度法及其相应计算表。结果表明:利用提出的折减强度法计算卷边槽钢偏心受压构件极限承载力具有一定的适用性。

为研究腹板开孔具中间加劲肋的冷弯薄壁卷边槽钢构件的受压性能,对两种截面形式的短柱和中长柱共计16根轴压构件的承载力和屈曲模式进行了试验分析.结果表明:所有试件均发生畸变屈曲失效,中长柱试件还伴随有绕弱轴的整体弯曲;腹板孔洞导致构件屈曲模式发生变化,孔洞周边板件有局部屈曲产生;孔洞的存在使试件承载力降低,短柱试件承载力的减小幅度比中长柱试件的大;同组试件中畸变初始缺陷大的,一般承载力较小,畸变变形偏大;极限承载力下开孔构件的畸变变形一般大于未开孔构件.文中还对所有试件进行了有限元模拟,发现有限元分析结果与试验值吻合较好.

研究了高强冷弯薄壁卷边槽钢柱在高温下的性能和承载力计算。在试验基础上建立了高强冷弯薄壁卷边槽钢柱的有限元模型,模型考虑了局部和整体初始缺陷的影响;利用高强度冷弯薄壁钢材的高温材料性能试验结果,进行了高强冷弯薄壁卷边槽钢柱在均匀温度和非均匀温度分布下的性能研究;基于《冷弯薄壁型钢结构技术规范》提出了均匀高温下的承载力计算公式,基于直接强度法提出了非均匀高温下的承载力计算公式。

墙面板、主柱和导轨梁通过连接件连接构成了冷弯薄壁型钢结构住宅体系的竖向承重单元。墙面板即使较弱，也能在一定程度上提高立柱的承载力。目前国内对墙面板支撑主柱（墙柱）的竖向承载力还没有相应规范。借鉴国内外最新研究成果，推导了卷边槽钢墙柱的竖向承载力计算公式，并用试验结果对其进行了验证。

采用有限元软件abaqus对卷边z型钢梁进行线弹性畸变屈曲分析,针对其畸变屈曲模态,在沿梁的长度方向加设一定数量的连杆或隔板来防止畸变屈曲的发生。通过有限元对加固后的z型钢梁进行分析,比较各种加固措施,提出有效的加固方法。

为研究复杂卷边槽钢轴压固支构件的稳定性能,选取不同的翼缘宽厚比、截面形式、构件长度、卷边长度等几何参数,对共计292个构件进行非线性有限元分析,研究上述参数对复杂卷边槽钢固支构件稳定性能的影响。结果表明:固支构件较易发生畸变屈曲,翼缘宽厚比较大时,构件的整体失稳模式多为弯扭屈曲。构件的极限承载力随着翼缘宽厚比、构件长细比的增大而减小,卷边对构件承载效率的影响随翼缘宽厚比的不同而呈现两种不同的规律。

在国内外对畸变屈曲研究成果的基础上,对冷弯薄壁c形截面槽钢在轴心受压和对称轴平面内偏心压力下的畸变屈曲进行试验研究,并与理论分析结果进行了对比分析。