冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱有效宽度法和直接强度法计算对比

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。

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。

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。

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。

对冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱承载力进行了稳定承载力计算,结果表明:直接强度法可以有效地预测冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱的稳定承载力,与gb50018-2002中的有效宽度法计算结果和试验结果吻合良好且偏于安全。

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。

采用有限元软件abaqus对两端固接的冷弯薄壁槽钢柱的屈曲性能进行研究分析,探讨卷边形式、卷边高度和壁厚对槽钢轴压柱的屈曲荷载和屈曲模式的影响,从而确定当构件截面面积不变时对抵抗屈曲最有利的卷边形式。

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。

在分析比较有效宽度法(ewm)和直接强度法(dsm)的基础上,针对q345冷弯薄壁卷边槽钢柱的极限承载力进行了较深入的探讨和对比分析。计算与试验结果表明:按冷弯薄壁型钢结构技术规范(gb50018-2002)计算槽钢柱是可行的。

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。

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。

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。

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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。

建立了考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型,利用ansys有限元程序分析了长细比、螺钉连接间距、截面板件最大宽厚比对冷弯薄壁型钢开口三肢拼合立柱轴压性能的影响。结果表明:立柱长细比对a、b两类截面拼合立柱轴压承载力和轴压性能有很大影响,随着立柱长细比的增大,立柱轴压极限承载力逐渐降低;当螺钉连接间距为450、300、150mm时,a、b两类截面拼合立柱轴压极限承载力和刚度变化均不大;由于基本构件板材厚度不同引起截面板件最大宽厚比的不同,对a、b两类截面3种长度的拼合立柱的承载力和刚度影响很大;对于a、b两类截面立柱,当立柱长度和截面厚度相同时,基本构件腹板高度由89mm增加到140mm,拼合截面轴压立柱轴压极限承载力变化不大。

设计一两端简支直卷边z形冷弯薄壁型檩条 （1）设计资料 封闭式建筑、屋面材料为压型钢板，屋面坡度1/8（7.13），檩条跨度6m， 于1/2跨度处设一道拉条，水平檩距1.5m，钢材q235钢 （2）荷载标准值（水平投影） 1)永久荷载： 压型钢板（两层含保温层）m2 檩条（包括拉条）m2 2）可变荷载标准值： 屋面均布活荷载m2 雪荷载m2 试设计该檩条。 解：（1）选择檩条形式 选用直卷边z形钢檩条16060202.5z 查附表1-1得知：16060202.5z截面的毛截面几何特性为： 2 4433 112 433 12 19.98,7.13,7.48 288.12,323.13,44.00,34.9