冷彎薄壁卷邊槽鋼偏心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算折減強(qiáng)度法

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。

對(duì)冷彎薄壁卷邊槽鋼軸壓柱承載力進(jìn)行了穩(wěn)定承載力計(jì)算,結(jié)果表明:直接強(qiáng)度法可以有效地預(yù)測(cè)冷彎薄壁卷邊槽鋼軸壓柱的穩(wěn)定承載力,與gb50018-2002中的有效寬度法計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果吻合良好且偏于安全。

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。

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)算公式簡單、實(shí)用,避免了對(duì)專用計(jì)算程序的依賴。

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。

冷彎薄壁卷邊槽鋼檁條的有效截面分析

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)過程簡便且安全可靠。

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。

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。

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。

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。

對(duì)冷彎薄壁卷邊槽鋼軸壓柱承載力分別用中國規(guī)范(gb50018-2002)中的有效寬度法和美國規(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。

-1- 4.2軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算 一、偏心受壓構(gòu)件破壞特征 偏心受壓構(gòu)件在承受軸向力n和彎矩m的共同作用時(shí)，等效于承受一個(gè)偏心距 為e0=m/n的偏心力n的作用，當(dāng)彎矩m相對(duì)較小時(shí)，e0就很小，構(gòu)件接近于軸心受 壓，相反當(dāng)n相對(duì)較小時(shí)，e0就很大，構(gòu)件接近于受彎，因此，隨著e0的改變，偏 心受壓構(gòu)件的受力性能和破壞形態(tài)介于軸心受壓和受彎之間。按照軸向力的偏心距和 配筋情況的不同，偏心受壓構(gòu)件的破壞可分為受拉破壞和受壓破壞兩種情況。 1.受拉破壞 當(dāng)軸向壓力偏心距e0較大，且受拉鋼筋配置不太多時(shí)，構(gòu)件發(fā)生受拉破壞。在這 種情況下，構(gòu)件受軸向壓力ｎ后，離ｎ較遠(yuǎn)一側(cè)的截面受拉，另一側(cè)截面受壓。當(dāng)ｎ 增加到一定程度，首先在受拉區(qū)出現(xiàn)橫向裂縫，隨著荷載的增加，裂縫不斷發(fā)展和加 寬，裂縫截面處的拉力全部由鋼筋承擔(dān)。荷載繼續(xù)加大，受拉鋼筋首先達(dá)到屈服，

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。

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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)。

用我國規(guī)范有效寬度法求得的冷彎薄壁型鋼短柱構(gòu)件極限承載力高于試驗(yàn)結(jié)果,傾向于不安全。所以,通過分析提出,按照《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》gb50018-2002中的有效寬度法計(jì)算組合截面冷彎薄壁型鋼受壓構(gòu)件承載力時(shí),可以對(duì)計(jì)算結(jié)果乘以一個(gè)修正系數(shù)以示其原結(jié)果的不安全程度。由于有效寬度法在計(jì)算試件極限承載力時(shí)存在不安全性,因此本文引入另一種適用于冷彎薄壁型鋼構(gòu)件的計(jì)算方法,即直接強(qiáng)度法(directstrengthmethod,dsm)。將直接強(qiáng)度法和有效寬度法計(jì)算求得的短柱極限承載力與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明,直接強(qiáng)度法的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值更為吻合,為使其結(jié)果更加經(jīng)濟(jì)、安全,本文提出適用于計(jì)算組合截面冷彎薄壁型鋼受壓構(gòu)件承載力的直接強(qiáng)度法建議公式。

介紹現(xiàn)有的鋼管混凝土構(gòu)件承載力計(jì)算方法,分析各計(jì)算方法的特點(diǎn)和適用性。給出國內(nèi)外各主要規(guī)范中鋼管混凝土管壁臨界徑厚比或?qū)捄癖鹊挠?jì)算公式,歸納基于統(tǒng)一強(qiáng)度理論的薄壁鋼管混凝土受壓柱的承載力計(jì)算方法,并簡要介紹薄壁鋼管再生混凝土柱的研究進(jìn)展,最后提出薄壁鋼管混凝土柱進(jìn)一步的研究方向。

-159- §5-4i形(或箱形)截面偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算 為了節(jié)省混凝土和減輕構(gòu)件自重，對(duì)于截面尺寸較大的裝配式柱，一般均采用i形截面。 大跨徑鋼筋混凝土拱橋的主拱圈，常采用箱形截面。 一、縱向受力鋼筋集中布置在截面兩端的i形截面 試驗(yàn)研究表明，受力鋼筋集中布置在截面兩端的i形截面偏心受壓構(gòu)件正截面破壞特征 與矩形截面者基本相同，所采用的計(jì)算圖式完全一樣。 fcd(b'f-b)h'f ho sas es y y' e0 as x ho -x /2ho -h 'f/ 2 a' sfcd as bf fcdbx b fh′ h' f ho hf x a's e' s f'sdas 圖5.4-1i形截面偏心受壓構(gòu)件正截面承載力計(jì)算圖式 i形截面偏心受壓構(gòu)件正截面承載能力計(jì)算，因其中性軸位置不同，可分為下列幾種情 況：