卷邊槽鋼純彎構(gòu)件畸變屈曲板組約束系數(shù)的直接強(qiáng)度法計(jì)算

隨著高強(qiáng)冷彎薄壁型鋼在建筑業(yè)中的大規(guī)模應(yīng)用,使得構(gòu)件畸變屈曲的出現(xiàn)可能先于板件的局部屈曲,成為構(gòu)件失效控制模式?；兦钠茐臋C(jī)理不同于局部屈曲,其彈性屈曲應(yīng)力計(jì)算過程也大相徑庭?，F(xiàn)有畸變屈曲臨界應(yīng)力的計(jì)算公式異常復(fù)雜,在設(shè)計(jì)中可以借助數(shù)值分析的方法進(jìn)行計(jì)算。有限條方法和有限元方法是常用的兩種數(shù)值分析方法,采用有限條方法和有限元方法計(jì)算了冷彎薄壁型鋼柱構(gòu)件彈性畸變屈曲應(yīng)力和屈曲半波長(zhǎng)度,對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)二者結(jié)果非常接近,均可用于分析柱試件的彈性畸變屈曲。

文中對(duì)應(yīng)用于開單孔軸壓構(gòu)件承載力計(jì)算的直接強(qiáng)度法進(jìn)行了介紹,同時(shí)給出了腹板開多圓孔和多橢圓孔軸壓構(gòu)件的試驗(yàn)結(jié)果,利用介紹的直接強(qiáng)度法計(jì)算了試驗(yàn)構(gòu)件的極限承載力。計(jì)算結(jié)果表明：應(yīng)用于開單孔軸壓構(gòu)件承載力計(jì)算的直接強(qiáng)度法計(jì)算構(gòu)件承載力與試驗(yàn)值比較吻合,且有一定的安全度。應(yīng)用于單孔軸壓構(gòu)件極限承載力計(jì)算的直接強(qiáng)度法同樣適用于腹板開多孔構(gòu)件極限承載力的計(jì)算,可用于冷彎薄壁型鋼開孔構(gòu)件的工程設(shè)計(jì)。

文中對(duì)應(yīng)用于開單孔軸壓構(gòu)件承載力計(jì)算的直接強(qiáng)度法進(jìn)行了介紹,同時(shí)給出了腹板開多圓孔和多橢圓孔軸壓構(gòu)件的試驗(yàn)結(jié)果,利用介紹的直接強(qiáng)度法計(jì)算了試驗(yàn)構(gòu)件的極限承載力。計(jì)算結(jié)果表明:應(yīng)用于開單孔軸壓構(gòu)件承載力計(jì)算的直接強(qiáng)度法計(jì)算構(gòu)件承載力與試驗(yàn)值比較吻合,且有一定的安全度。應(yīng)用于單孔軸壓構(gòu)件極限承載力計(jì)算的直接強(qiáng)度法同樣適用于腹板開多孔構(gòu)件極限承載力的計(jì)算,可用于冷彎薄壁型鋼開孔構(gòu)件的工程設(shè)計(jì)。

基于直接強(qiáng)度法,擬合冷彎薄壁卷邊槽鋼軸壓柱局部屈曲、畸變屈曲實(shí)用計(jì)算公式,取局部屈曲、畸變屈曲與整體屈曲三者的最小值作為軸壓柱屈曲計(jì)算結(jié)果。3種屈曲計(jì)算值與有關(guān)試驗(yàn)值的對(duì)比分析表明,所提出的實(shí)用計(jì)算公式在適用范圍內(nèi)與試驗(yàn)值吻合較好,且計(jì)算公式簡(jiǎn)單、實(shí)用,避免了對(duì)專用計(jì)算程序的依賴。

冷彎薄壁卷邊槽鋼在受力過程中除可能出現(xiàn)整體屈曲和局部屈曲外,還可能出現(xiàn)畸變屈曲。發(fā)生畸變屈曲會(huì)惡化構(gòu)件的受力性能,從而降低構(gòu)件的極限承載力。比較研究了5個(gè)國(guó)家或地區(qū)規(guī)范針對(duì)畸變屈曲的設(shè)計(jì)計(jì)算方法,并對(duì)最新的畸變屈曲承載力計(jì)算方法研究成果進(jìn)行歸納,最后就既有的5種考慮畸變屈曲的承載力計(jì)算方法與有關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明:北美規(guī)范采用的直接強(qiáng)度法適用范圍廣且精度相對(duì)較高。

關(guān)于冷彎內(nèi)卷邊槽鋼（c220*75*20*2.5mm） 加工生產(chǎn)工藝說明 一、冷彎內(nèi)卷邊槽鋼與普通熱軋槽鋼區(qū)別： 普通槽鋼為熱軋型屬于型材類由鋼鐵廠直接生產(chǎn)，而冷彎內(nèi)卷邊 槽鋼是熱卷板冷彎加工而成。冷彎內(nèi)卷邊槽鋼用于鋼結(jié)構(gòu)建筑的 檁條，墻梁（特點(diǎn)：壁薄自重輕、截面性能優(yōu)良、強(qiáng)度高同等強(qiáng) 度可以節(jié)約材料30%）。 二、冷彎內(nèi)卷邊槽鋼配件： 1.檁托板（加工流程：鋼板切割下料，除銹，鉆孔，焊接組裝， 噴漆）： （檁托板大樣圖） 2.螺栓螺帽； 3.拉條（加工流程：圓鋼切割，滾絲，除銹，噴漆）； 4.隅撐（加工流程：角鋼切割，鉆孔，除銹，噴漆） 三、冷彎內(nèi)卷邊槽鋼加工制作流程： 1.鋼結(jié)構(gòu)公司購(gòu)買整卷帶鋼; （帶鋼原材料） 2.鋼結(jié)構(gòu)公司通過冷彎內(nèi)卷邊槽鋼設(shè)備按照設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)師計(jì)算 的長(zhǎng)度及數(shù)量來生產(chǎn)冷彎內(nèi)卷邊槽鋼（半成品）。 （冷彎內(nèi)卷邊制作加工設(shè)備） 3.生產(chǎn)出來的冷彎槽鋼人工除

畸變屈曲是冷彎型鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定設(shè)計(jì)的重要屈曲模式之一,正逐步受到人們的重視。傳統(tǒng)的有效寬度法難以解決畸變屈曲計(jì)算問題,在新近提出的直接強(qiáng)度法中,彈性畸變屈曲應(yīng)力fod的求解是畸變屈曲計(jì)算的關(guān)鍵。利用現(xiàn)有文獻(xiàn)數(shù)據(jù),針對(duì)冷彎薄壁卷邊槽鋼軸壓柱,分析了截面各種幾何參數(shù)對(duì)畸變屈曲應(yīng)力fod的影響,在此基礎(chǔ)上擬合得到了fod的計(jì)算式,從而提出可用于直接強(qiáng)度法的卷邊槽形冷彎薄壁型鋼柱彈性畸變屈曲實(shí)用計(jì)算式。該式不僅簡(jiǎn)單實(shí)用、物理意義明確,而且具有較高工程精度,既擺脫了對(duì)專用計(jì)算程序的依賴,又避免了繁瑣的計(jì)算。

研究了帶有腹板加勁肋的帽形卷邊槽鋼截面的薄壁組合柱的屈曲性能。這些柱由具有對(duì)稱鋪設(shè)角的層合板構(gòu)成。采用有限元法對(duì)柱的屈曲性能進(jìn)行分析。通過分叉分析以獲得屈曲荷載及柱的振型。采用荷載-撓度曲線分析對(duì)柱的后屈曲性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明:鋪設(shè)角和幾何參數(shù)對(duì)柱的屈曲和后屈曲性能影響顯著。本文的研究結(jié)果有助于研究如何提高組合柱的承載能力。

畸變屈曲是冷彎薄壁卷邊槽鋼的一種重要屈曲模式,彈性畸變屈曲臨界應(yīng)力是目前一些主要規(guī)范計(jì)算畸變屈曲的關(guān)鍵。該文首先推導(dǎo)出畸變屈曲模式下,構(gòu)件縱向翹曲位移的顯式計(jì)算公式,從而簡(jiǎn)化計(jì)算過程;然后基于經(jīng)典的薄板理論,計(jì)算平面內(nèi)位移,確定構(gòu)件平面內(nèi)的變形,在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上得到斜卷邊冷彎薄壁槽鋼軸壓柱彈性畸變屈曲計(jì)算公式;最后與有限條法、近似模型計(jì)算法進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了該文計(jì)算方法的正確和有效性。該文中的彈性畸變屈曲計(jì)算公式簡(jiǎn)單,便于手算,可供工程設(shè)計(jì)人員參考。

通過計(jì)算得到了適合各種彎起角度的斜卷邊槽形截面特性計(jì)算公式,方便了手算求解構(gòu)件的屈曲應(yīng)力。采用直接強(qiáng)度計(jì)算法對(duì)斜卷邊槽鋼軸壓固支柱的穩(wěn)定承載力及破壞模式進(jìn)行了分析,并與已有的試驗(yàn)資料進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明:直接強(qiáng)度法可以有效地預(yù)測(cè)斜卷邊槽鋼軸壓固支構(gòu)件的穩(wěn)定承載力,從而說明了建立在簡(jiǎn)支試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上,經(jīng)回歸得到的直接強(qiáng)度法同樣適用于固支柱穩(wěn)定承載力的計(jì)算。

對(duì)冷彎薄壁卷邊槽鋼軸壓柱承載力分別用中國(guó)規(guī)范(gb50018-2002)中的有效寬度法和美國(guó)規(guī)范aisis100-2007附錄中的直接強(qiáng)度法(dsm)進(jìn)行了穩(wěn)定承載力計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明:采用0.85fy的直接強(qiáng)度法可以有效預(yù)測(cè)冷彎薄壁卷邊槽鋼軸壓柱穩(wěn)定承載力,與gb50018-2002中的有效寬度法計(jì)算結(jié)果吻合較好,可供修訂規(guī)范和設(shè)計(jì)時(shí)參考。

直接強(qiáng)度法是確定薄壁構(gòu)件承載力非常有效的一種新方法。利用ansys分析確定了卷邊槽鋼截面的有效形心偏移量,并建立了有效形心偏移的計(jì)算公式。在此基礎(chǔ)上,提出了對(duì)稱軸平面內(nèi)偏心受壓狀態(tài)下,卷邊槽鋼簡(jiǎn)支構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定承載力直接強(qiáng)度計(jì)算方法。方法中考慮了局部與整體以及畸變與整體的相關(guān)屈曲,并考慮了截面有效形心的偏移。與試驗(yàn)及有限元分析結(jié)果的對(duì)比表明,用該方法確定卷邊槽鋼截面有效形心的偏移及偏壓構(gòu)件的極限承載力是可行的。

為了研究冷彎薄壁卷邊槽鋼偏心受壓構(gòu)件的極限承載力,對(duì)13根偏心受壓的冷彎薄壁卷邊槽鋼進(jìn)行了破壞性試驗(yàn),并建立有限元分析方法對(duì)試件進(jìn)行模擬分析,有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好,驗(yàn)證了有限元方法的有效性;對(duì)典型截面構(gòu)件進(jìn)行大量的參數(shù)分析,研究截面尺寸、長(zhǎng)細(xì)比、荷載作用點(diǎn)位置及材料特性等因素對(duì)卷邊槽鋼偏心受壓構(gòu)件極限承載力的影響,提出了冷彎薄壁卷邊槽鋼偏心受壓構(gòu)件極限承載力計(jì)算的折減強(qiáng)度法及其相應(yīng)計(jì)算表。結(jié)果表明:利用提出的折減強(qiáng)度法計(jì)算卷邊槽鋼偏心受壓構(gòu)件極限承載力具有一定的適用性。

采用有效寬度法和直接強(qiáng)度法分別對(duì)冷彎薄壁卷邊槽鋼軸壓柱承載能力進(jìn)行了分析,在此基礎(chǔ)上,對(duì)加設(shè)隔板這種加固方式的試驗(yàn)效果進(jìn)行比較分析,結(jié)果表明:當(dāng)采用矩形隔板,在1/2～1/3半波間距布置隔板時(shí),為經(jīng)濟(jì)有效的布置方式。

為了解腹板v形加勁冷彎薄壁卷邊槽鋼構(gòu)件的受壓性能,對(duì)8根短柱和中長(zhǎng)柱進(jìn)行了軸心受壓試驗(yàn)研究。在試驗(yàn)之前首先用有限條和有限元方法對(duì)柱試件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì),以確保發(fā)生畸變屈曲失效。柱受壓試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn):所有試件均發(fā)生畸變屈曲失效破壞,同時(shí)在峰值荷載時(shí)中長(zhǎng)柱試件有繞弱軸的彎曲產(chǎn)生,畸變屈曲和局部屈曲一樣也有一定的屈曲后強(qiáng)度。在總結(jié)分析現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外規(guī)范計(jì)算理論的基礎(chǔ)上,提出了基于直接強(qiáng)度法設(shè)計(jì)腹板v形加勁冷彎薄壁卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件畸變屈曲承載力的計(jì)算方法。采用該建議方法計(jì)算所得結(jié)果與試驗(yàn)值和參數(shù)分析值吻合較好,其設(shè)計(jì)過程簡(jiǎn)便且安全可靠。

墻面板、主柱和導(dǎo)軌梁通過連接件連接構(gòu)成了冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系的豎向承重單元。墻面板即使較弱，也能在一定程度上提高立柱的承載力。目前國(guó)內(nèi)對(duì)墻面板支撐主柱（墻柱）的豎向承載力還沒有相應(yīng)規(guī)范。借鑒國(guó)內(nèi)外最新研究成果，推導(dǎo)了卷邊槽鋼墻柱的豎向承載力計(jì)算公式，并用試驗(yàn)結(jié)果對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。

冷彎薄壁卷邊槽鋼檁條的有效截面分析

為研究腹板開孔具中間加勁肋的冷彎薄壁卷邊槽鋼構(gòu)件的受壓性能,對(duì)兩種截面形式的短柱和中長(zhǎng)柱共計(jì)16根軸壓構(gòu)件的承載力和屈曲模式進(jìn)行了試驗(yàn)分析.結(jié)果表明:所有試件均發(fā)生畸變屈曲失效,中長(zhǎng)柱試件還伴隨有繞弱軸的整體彎曲;腹板孔洞導(dǎo)致構(gòu)件屈曲模式發(fā)生變化,孔洞周邊板件有局部屈曲產(chǎn)生;孔洞的存在使試件承載力降低,短柱試件承載力的減小幅度比中長(zhǎng)柱試件的大;同組試件中畸變初始缺陷大的,一般承載力較小,畸變變形偏大;極限承載力下開孔構(gòu)件的畸變變形一般大于未開孔構(gòu)件.文中還對(duì)所有試件進(jìn)行了有限元模擬,發(fā)現(xiàn)有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)值吻合較好.

研究了高強(qiáng)冷彎薄壁卷邊槽鋼柱在高溫下的性能和承載力計(jì)算。在試驗(yàn)基礎(chǔ)上建立了高強(qiáng)冷彎薄壁卷邊槽鋼柱的有限元模型,模型考慮了局部和整體初始缺陷的影響;利用高強(qiáng)度冷彎薄壁鋼材的高溫材料性能試驗(yàn)結(jié)果,進(jìn)行了高強(qiáng)冷彎薄壁卷邊槽鋼柱在均勻溫度和非均勻溫度分布下的性能研究;基于《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》提出了均勻高溫下的承載力計(jì)算公式,基于直接強(qiáng)度法提出了非均勻高溫下的承載力計(jì)算公式。

采用有限元軟件abaqus對(duì)卷邊z型鋼梁進(jìn)行線彈性畸變屈曲分析,針對(duì)其畸變屈曲模態(tài),在沿梁的長(zhǎng)度方向加設(shè)一定數(shù)量的連桿或隔板來防止畸變屈曲的發(fā)生。通過有限元對(duì)加固后的z型鋼梁進(jìn)行分析,比較各種加固措施,提出有效的加固方法。

在國(guó)內(nèi)外對(duì)畸變屈曲研究成果的基礎(chǔ)上,對(duì)冷彎薄壁c形截面槽鋼在軸心受壓和對(duì)稱軸平面內(nèi)偏心壓力下的畸變屈曲進(jìn)行試驗(yàn)研究,并與理論分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。

在分析比較有效寬度法(ewm)和直接強(qiáng)度法(dsm)的基礎(chǔ)上,以1mm厚q345冷彎薄壁卷邊槽鋼柱為例,對(duì)其極限承載力進(jìn)行了較深入的探討和對(duì)比分析,計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果表明:按gb50018-2002冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范計(jì)算槽鋼柱是可行的。