摘要：针对Q550高强钢焊接箱形截面构件的局部稳定和相关稳定性能,对12个局部稳定试件和10个相关稳定试件进行轴压试验,对试件的初始几何缺陷和焊接残余应力分布进行测量。结合已有研究成果,提出一种焊接箱形截面残余应力分布模型,试验结果初步揭示了Q550高强钢焊接箱形截面轴压构件局部稳定和相关稳定的性能。

摘要：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。

摘要：钢结构轴心受压构件在板件宽厚比超过一定范围时会发生整体局部相关失稳。介绍美国、欧洲、中国和英国4种钢结构设计规范中关于轴心受压构件相关稳定的设计方法,并以焊接工字型截面轴心受压构件为例对各种规范的设计方法进行对比分析。美国钢结构设计规范通过引入屈曲折减系数Q对强度进行折减的方法考虑板件局部屈曲的影响,欧洲和英国钢结构设计规范均采用有效截面面积考虑板件的局部屈曲,并对构件长细比进行一定程度的折减。我国钢结构设计规范对于轴心受压构件相关稳定的设计方法仍需进一步研究和完善。

摘要：非线性金属结构材料主要包括不锈钢和铝合金两类,其应力-应变关系曲线没有明显的屈服点和屈服平台。材料的比例极限强度往往低于其名义屈服强度,随着构件截面应力水平增至超过材料比例极限强度后,材料的切线模量逐渐降低,但其应变硬化能力较为显著,直接影响截面组成板件的局部稳定和构件的整体稳定承载力。目前考虑局部-整体相关稳定的轴压柱承载力计算一般采用有效截面法,但该类方法针对复杂截面的计算过程较为繁琐,且未能充分考虑截面板件间的约束作用。汇总国内外现有关于考虑局部-整体相关稳定的不锈钢和铝合金轴压柱的试验数据,包括不锈钢焊接工字形和箱形截面以及铝合金挤压成型工字形和箱形截面共4类,采用通用有限元软件ABAQUS创建精细数值模型,准确考虑不锈钢和铝合金材料的非线性特性、构件的局部和整体几何初始缺陷以及截面残余应力分布等,通过模拟试验过程得出轴压柱的承载力与失稳破坏形态,根据与试验结果的比较验证所建立有限元模型的准确性。基于验证可靠的有限元模型,对影响轴压柱局部-整体相关稳定性能的关键因素开展参数分析,建立了大量的数值分析算例,着重考察材料归一化屈服强度、应变硬化指数、局部和整体几何初始缺陷以及焊接残余应力对轴压柱稳定承载力的影响规律。结合汇总的试验数据和有限元数值算例结果,对现行AISI S100-16《北美冷成型钢结构设计规范》中的直接强度法计算公式进行了评估,表明其计算公式不能准确预测非线性金属轴压柱的相关稳定承载力,而且公式计算结果偏于不安全。采用数值拟合方法,针对不同材料、不同截面形式轴压柱的相关稳定承载力分别提出直接强度法修正计算公式。根据现行中国标准GB 50068—2018《建筑结构可靠性设计统一标准》中给出的可靠指标以及GB50429—2007《铝合金结构设计规范》和CECS 410∶2015《不锈钢结构技术规程》规定的抗力分项系数取值,且参照GB 50068—2018选定4种不同的荷载组合形式,在12种荷载工况组合下对建议的修正计算公式进行可靠度分析,计算得出的构件可靠指标均大于目标可靠指标3.2,表明所提出的直接强度法计算公式满足中国标准的可靠度要求,可以用于计算考虑相关稳定的非线性金属轴压柱承载力。

摘要：目前针对钢管桁架拱平面内稳定性能及承载力的研究较少,缺少相应的设计方法。提出了钢管桁架拱截面剪切刚度表达式,考虑剪切变形的影响推导了纯压两铰圆弧桁架拱屈曲荷载的简化计算公式以及换算长细比表达式。基于有限元方法,全面分析了截面高宽比、矢跨比、腹杆夹角及腹杆截面尺寸等不同参数对平面桁架拱和空间桁架拱弹性屈曲性能的影响,结果表明采用简化公式与有限元分析结果吻合良好。借鉴实腹拱和格构柱的稳定设计方法,采用大挠度弹塑性有限元法系统研究了平面及空间纯压桁架拱的相关稳定承载力,发现节间弦杆长细比与桁架拱整体长细比的比值是衡量局部稳定对整体稳定影响的关键参数,在此基础上提炼出纯压桁架拱的相关作用影响系数,并拟合得到了纯压桁架拱的稳定设计曲线,从而为一般荷载作用下压弯桁架拱的稳定承载力的设计奠定了基础。

摘要：该文研究了倒三角截面两铰桁架拱和固支桁架拱的平面外稳定性能:首先介绍了倒三角形桁架拱的平面外弹性屈曲荷载,此后采用大挠度弹塑性有限元方法,通过引入纯压正则化长细比和纯弯正则化长细比,分别建立了纯压和纯弯桁架拱的平面外弹塑性稳定设计方法。在此基础上,研究了杆件的变形对桁架拱平面外整体稳定性能的影响,并通过两个相关系数将该影响体现在稳定承载力设计方程中。进一步,依据有限元数值计算结果,提出了全跨水平均布荷载或半跨水平均布荷载作用下桁架拱的轴力和弯矩稳定承载力设计方程,供倒三角截面桁架拱平面外稳定性设计。

摘要：不锈钢结构具有优良的耐腐蚀性能和耐久性能,可以从根本上解决普通钢结构的锈蚀问题,能够延长结构的使用寿命,降低维护成本。不锈钢材料的非线性应力-应变关系特性会导致构件的后期刚度降低,同时由于不锈钢材料单价较高,需要更为经济合理的截面设计,因此构件的稳定性需要特别关注。对当前国内外不锈钢结构构件稳定性研究的现状及进展进行总结,比较分析国外现行不锈钢结构设计规范中关于构件稳定性的设计思路与方法;针对国内不锈钢结构设计方法的空白,在总结当前国内外研究进展与国外现行设计规范的基础上提出相关意见和建议。