一字形钢管混凝土束墙的平面外稳定
童 济 1 童根树 2
1. 浙江大学建筑设计研究院有限公司
2. 浙江大学高性能结构研究所
摘 要： 钢管混凝土束墙是我国发明的一种新型抗侧力构件,它由矩形钢管开始,向一个方向焊接一个个冷弯宽翼缘卷边 U 形钢,形成一字形多腔钢管墙,现场浇筑混凝土,形成多腔钢管-混凝土组合墙。目前一字形钢管混凝土束墙的弯扭失稳公式直接引用了箱形柱的相应公式,尚缺乏深入的研究。本文对一字形钢管混凝土束墙截面压弯墙绕弱轴的弯扭屈曲承载力验算公式进行了理论研究,主要工作如下:
对一字形钢管混凝土束墙绕强轴和绕弱轴两个方向的单向压弯强度公式进行了推导,研究了束墙退化成夹层板时绕强轴和绕弱轴的轴力-弯矩相关公式,对钢管混凝土束墙的单向压弯强度公式拟合。
对给定压力时双向弯矩作用下的塑性铰状态的双向弯矩相关关系进行了计算,提出了精度良好略偏安全的公式;将提出的公式进行改造,使之能够考虑双力矩的影响;
参照压弯杆平面内稳定验算公式的推导方法,利用已知的绕弱轴弯曲屈曲的柱子稳定系数公式,反推获得了压杆绕弱轴弯曲屈曲的等效初始弯曲,该等效初始弯曲综合考虑了残余应力、初始弯曲和塑性开展过程带来的额外挠度增量;
对有初始弯曲和扭转压弯杆的弹性弯扭变形进行了二阶分析,在引入初始弯曲和初始扭转的特定关系后,得到了二阶效应放大后的弯曲、扭转、弯矩和双力矩的简单的解析表达式;
考察了钢管混凝土束墙纯弯时的弯扭屈曲承载力,发现即使弯曲失稳的长细比达到 1.6,弯扭屈曲的长细比仍小于 0.5,因此束墙的纯弯承载力可以达到塑性弯矩。
引入等效初始弯曲,采用平面内二阶分析获得的二阶弯矩,平面外二阶弯矩和二阶双力矩等,代入双向压弯强度计算式,得到压弯杆弯扭屈曲承载力的上限解。为了获得更为接近实际的承载力相关关系,对弹性分析得到的平面内二阶弯矩和平面外二阶弯矩以及双力矩进行弹塑性放大,得到了钢管混凝土束墙压弯时的弯扭屈曲计算公式,画出了一系列曲线在长细比小时,曲线接近强度相关曲线,长细比增大时,相关曲线更高;当弯曲屈曲长细比不切实际地大时(但弯扭屈曲长细比 2.5),曲线才接近弹性屈曲相关曲线。文中最后提出了偏安全的拟合公式。
关键词： 弯扭屈曲; 压弯杆; 钢管混凝土束墙; 二阶效应
来 源： 童济，童根树. 一字形钢管混凝土束墙的平面外稳定[J]. 钢结构(中英文), 2022, 37(11): 1-22.
DOI: 10. 13206/j. gjgS22070401
焊接残余应力对 BS700 槽形对焊箱形截面构件稳定性的影响研究
高磊 1 王靖文 1 白林越 1 刘虎 2
1. 陆军工程大学野战工程学院
2. 陆军工程大学训练基地
摘 要： 高强钢因其可降低结构用钢量和资源消耗,在越来越多的工程中得到了应用,但有关高强钢构件稳定性的研究还比较缺乏,而残余应力又是影响构件稳定性的重要因素。BS700 高强钢(名义屈服强度为 700MPa)由于没有型钢,采用先把钢板冷弯成槽形截面构件,然后对焊形成箱形截面构件,而焊接会使构件截面产生残余应力,目前还比较缺乏有关焊接残余应力对 BS700 槽形对焊箱形截面构件稳定性影响方面的研究,为此对这一问题借助试验和数值分析的方法展开了研究,以期了解残余应力对 BS700 槽形对焊箱形截面构件稳定性的影响。
通过材料拉伸试验,得到了 BS700 高强钢材料的力学性能参数。借助拉伸试验得到了构件开孔时的应力释放系数,运用盲孔法对 BS700 槽形对焊箱形截面构件中部截面的残余应力进行了测试,得到了其截面上相关点位的残余应力值,结合已有研究成果,提出了 BS700 槽形对焊箱形截面构件残余应力分布模式;借助有限元分析软件ANSYS 利用其 APDL 可编程语言编写了可引入几何缺陷和残余应力的非线性屈曲分析模型,利用该模型对长细比分别为 15、20、30、50、70、90,截面宽厚比分别为 10、15、20、25、30、35、40、50 共计 48 个构件区分有、无残余应力进行了非线性屈曲分析,研究了不同宽厚比和不同长细比条件下残余应力对 BS700 槽形对焊箱形截面构件稳定性的影响。
通过研究发现在焊缝处及弯角处存在残余拉应力,其余各处为残余压应力。焊缝处最大残余拉应力水平约为屈服强度的 0.76,腹板中部位置的最大残余压应力值约为屈服强度的 0.14。在已有研究的基础上提出了多折线型的残余应力分布模式,与试验结果对比吻合较好;残余应力对不同宽厚比条件下的构件稳定系数均有影响,总体趋势是随着宽厚比的增加,残余应力的影响逐渐减小,主要原因是在大宽厚比条件下构件呈现局部板件弹性屈曲的现象;残余应力对不同长细比条件下的构件稳定系数均有影响,但在长细比较小或较大时影响相对较小。在长细比位于 20 ~ 70 之间时,残余应力对构件稳定系数的影响较大,通过对比发生板件局部屈曲时的临界长细比发现,二者有重合之处,说明按照常用的等稳性设计时,这些中等长细比范围内的构件对残余应力相对比较敏感,因此,在构件稳定性设计过程中,需注意这一影响因素。
关键词： BS700 高强钢; 槽形对焊箱形截面; 残余应力; 非线性有限元屈曲分析; 轴压构件; 稳定系数
来 源： 高磊，王靖文，白林越，刘虎 . 焊接残余应力对 BS700 槽形对焊箱形截面构件稳定性的影响研究[J]. 钢结构(中英文), 2022, 37(11): 23-29.
DOI: 10. 13206/j. gjgS22072601
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考虑铸钢材料不均匀性影响的索鞍受力性能有限元分析
钟昌均 沈锐利 王辉
西南交通大学土木工程学院
摘 要： 为研究铸钢材料不均匀性对索鞍受力性能的影响,基于概率理论和有限元数值模拟技术,在 ABAQUS 平台上编制 PYTHON 材料随机模拟程序,建立了考虑铸钢材料不均匀性的随机有限元模型,深入探讨了索鞍在三向荷载作用下的复杂应力、塑性分布以及分析了铸钢材料不均匀性对索鞍极限承载力的影响规律。
分析结果表明:网格尺寸的减小会导致承载力随机性增大,但对承载力的判定影响不大;铸钢材料的随机性会导致铸钢件应力分布不均匀,在设计荷载下局部区域进入塑性状态;材料屈服强度的不均匀性对结构承载力影响较大,而弹性模量的不均匀性对此影响较小;铸钢件材料不均匀性对索鞍的静力力学行为无明显影响,但会小幅度地降低结构承载力以及使结构在极限状态时出现更大的变形。
关键词： 主索鞍; 铸钢件; 材料不均匀性; 有限元分析; 承载力
来 源： 钟昌均，沈锐利，王辉. 考虑铸钢材料不均匀性影响的索鞍受力性能有限元分析[J]. 钢结构(中英文), 2022, 37(11): 30-37.
DOI: 10. 13206/j. gjgS20092001
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设计探讨
吊车梁腹板承压应力的正确公式
童根树
浙江大学高性能结构研究所
摘 要： 钢吊车梁轮压下腹板承压应力计算,我国钢结构设计规范改过多次,与欧洲,俄罗斯和美国的公式都不一样。简要介绍了基于弹性地基梁理论的一个解析解,其数值结果与有限元分析一致。给出了两类轨道的等效承压长度计算公式。
关键词： 承压应力; 吊车梁; 弹性地基梁
来 源： 童根树. 吊车梁腹板承压应力的正确公式[J]. 钢结构(中英文), 2022, 37(11): 38-40.
钢结构热点探析
本期问题:外包式柱脚极限受弯承载力验算时纵筋强度如何取值?
问题引入： JGJ 99—2015《高层民用建筑钢结构技术规程》(简称《高钢规》) 第 8.6.3-3 条规定,抗震设计时,外包式柱脚在外包混凝土顶部箍筋处,柱可能出现塑性铰的柱脚极限受弯承载力应大于钢柱的全塑性受弯承载力。其中外包钢筋混凝土的抗弯承载力为0.9 Asf y k h 0 。这个 f yk 到底如何取值呢?
图 1 某工程柱脚短柱截面示意
来源：网络
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只看楼主 我来说两句 抢板凳学习了，学习了，学习才能强国~~
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