轴心受力钢构件的可靠性比较分析

针对目前工程界存在的中美钢结构规范差异,我国规范无法走出国门的现状,对我国《钢结构设计规范》GB50017-2003和美国《钢结构建筑物荷载及抗力系数设计规范》LRFD-2001中轴心受压构件,利用可靠度理论对两者的可靠度进行了比较,得出一些关于中美钢结构设计规范轴心受压构件可靠度设置水平的结论。     

Ⅰ字形轴心受压钢构件设计简化方法

利用轴心受压构件曲线的最小二乘法拟合公式,根据轴心受压构件的整体稳定条件,导出轴心受压焊接组合工字形钢构件长细比λ的简化计算公式;进而总结出一种轴心受压钢构件的简化设计方法。利用该方法可直接计算适用长细比λ,确定截面尺寸,可一次性完成,步骤简洁,适用性强,具有一定的实用性,可供广大设计人员参考。     

粘贴钢板法加固轴心受压柱的可靠度分析

根据现行的加固设计规范提出了确定轴心受压柱可靠度指标β的方法,并且分析了由于功能改变而进行粘钢加固的构件可靠度指标的影响因素。运用静态随机过程模拟,建立了实用的轴心受压构件荷载模型和抗力模型。按照现行规范编制了计算机程序求解极限状态方程,得出粘钢加固柱的可靠度指标。并且进一步分析了可靠度指标的影响因素,按照重要性,它们依次是混凝土强度变异系数、荷载提高程度和施工荷载与设计荷载的比值。因此,加固设计的首要任务是进行既有结构的性能评价,如确定混凝土强度的变异系数等;此外,控制荷载的增加可以使结构具有足够的可靠度;最后,卸载施工也是确保结构可靠度指标满足要求的有效措施。     

S280冷轧薄板冷弯超薄壁型钢构件设计可靠度分析

基于国内厚度不大于2mm的S280冷轧薄钢板材性数据、S280冷弯薄壁型钢构件的几何尺寸数据以及已完成的轴压、偏压、受弯构件承载力试验数据,对厚度不大于2mm的S280冷弯超薄壁型钢构件的强度不定性、几何特性不定性、计算模式不定性进行分析.采用改进的一次二阶矩法,按现有规范的抗力分项系数计算了各类基本构件在不同可能荷载组合下的可靠指标.结果表明:对于厚度不大于2mm的S280冷弯超薄壁型钢构件,当宽厚比符合规范要求时,按现有规范的抗力分项系数计算得到的可靠指标均能满足目标可靠度的要求.最后给出了厚度不大于2mm的S280冷弯超薄壁型钢的强度设计指标建议值.     

栓钉连接件抗剪承载力可靠度分析

基于《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T 50283-1999)(以下简称《公路统一标准》),以试验数据为基础,采用一次二阶矩法(JC法),对《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)中栓钉连接件抗剪承载力计算公式进行了可靠度分析.结果表明,规范公式能满足《公路统一标准》的可靠指标要求,但明显偏于保守.继而对栓钉连接件抗剪承载力计算公式进行可靠度校准,得到了混凝土破坏和栓钉破坏2种破坏形态的抗力分项系数,提出了栓钉连接件抗剪承载力的修正公式.可靠度分析表明:修正公式的可靠指标得到了有效减小,并能满足《公路统一标准》的可靠指标要求;相比较规范公式,混凝土破坏和栓钉破坏时承载力分别提高了4.7%和10.0%.     

再生混凝土梁抗弯理论与可靠度分析

基于国内外再生混凝土梁抗弯承载力的试验结果与采用<混凝土结构设计规范>(GB 50010-2002)计算结果的对比分析,从统计意义上表明<混凝土结构设计规范>同样适用于再生混凝土适筋梁.根据再生混凝土的受压本构关系,证实<混凝土结构设计规范>在再生混凝土正截面受弯承载力计算中的适用性;运用蒙特卡洛法对再生混凝土梁的抗弯承载力进行了可靠度分析.结果表明:可用<混凝土结构设计规范>计算再生混凝土梁抗弯承载力,且不需对其等效矩形压应力图形参数α1和β1进行修正;再生混凝土适筋梁的可靠度满足<建筑结构可靠度设计统一标准>(GB 50068-2001)要求;抗力不定性系数XP对再生混凝土梁抗弯承载力可靠度有影响,再生混凝土材料分项系数对适筋梁抗弯承载力可靠度指标影响不大.     

钢筋混凝土面层加固石砌体轴心受压构件材料强度利用系数和可靠度分析

钢筋混凝土面层加固石砌体形成的组合结构轴心受压构件属二次受力结构,面层的混凝土和钢筋强度不能得到充分利用,为此,在极限承载力计算中,引入小于1.0的材料利用系数来考虑这一影响,然而现行规范中未给出该系数取值. 根据石砌体、混凝土和钢筋的本构关系研究的成果和变形协调条件,分析了钢筋混凝土面层加固石砌体轴心受压构件混凝土和钢筋的材料强度利用系数. 根据分析结果并结合相关规范,建议混凝土和钢筋的材料强度利用系数均取0.8. 基于《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068-2001),利用一次二阶矩法（JC法）进行了钢筋混凝土面层加固石砌体轴心受压构件可靠度分析,分析结果表明满足现行规范要求.     

冷弯中厚壁轴压方矩形钢管柱抗震可靠度分析

收集了Q235和Q345冷弯厚壁方矩管的材料不定性、几何不定性、稳定设计计算模式不定性以及短柱的承载力数据.在此基础上运用一次二阶矩法进行了抗震及非抗震设计可靠度分析.最终给出Q235和Q345冷弯厚壁型钢构件强度和稳定设计抗力分项系数以及承载力抗震调整系数建议值,为相关技术标准的修编提供了依据.     

轴心受力钢柱脚对比研究分析及应用

钢柱脚在工程建设中是比较费钢、费工的部位.通过对轴心受压钢柱脚的构造和受力计算分析研究,并经过近似计算方法、有限元方法及实验方法对比研究,表明传统方法偏于安全,但材料用量大;有限元方法与实验结果较接近,既能保证安全,又能节约一定的钢材,应引起设计人员重视.     

平面钢框架结构的整体可靠度设计

在平面钢框架结构极限承载分析和结构整体可靠度评价的基础上,基于现行规范的目标可靠度指标、结构重要性系数,并考虑钢框架结构常用的两种荷载组合,给出了钢框架结构基于结构体系可靠度的设计方法及其实用的设计公式.算例表明,该设计方法既比传统的基于构件可靠度的设计方法经济,又能保证设计结构具有一致的体系可靠度.     

圆形钢套管加固方形混凝土柱轴心受压性能

为研究圆形钢套管加固混凝土柱的基本力学性能,进行了1根未加固的普通钢筋混凝土柱和10根圆形钢套管加固的混凝土短柱在不同加固钢套管厚度及初始轴压比下轴心受压试验,初始轴力通过对未加固试件施加后张预应力来进行模拟;在试验研究的基础上,根据应变协调原则对加固后构件轴压承载力进行了数值分析.研究结果表明,加固构件的承载力随着钢套管厚度的增加而增加,初始轴压比的变化对加固后构件的承载力影响不显著,且理论分析结果与试验结果吻合较好.     

高负荷轴流压气机喘振时叶片动应力

对某高负荷十级轴流压气机喘振过程中叶片的动应力变化开展了试验研究,结果表明喘振时叶片出口脉动静压首先突增,0.1秒后叶片动应变增长至最高值,叶片第二阶动应力已超过疲劳极限,使叶片产生了高周疲劳损伤,出口脉动静压存在与叶片第二阶频率及叶片通过频率相关的后行波/前行波分量,但没有集中出现在某一固定节径下;对叶片开展了颤振数值模拟,结果表明叶片前三阶的积累功小于零,对数衰减率大于零,未发生颤振;通过增加叶片厚度提高叶片频率来提升叶片抗振能力,叶片根部相对最大厚度从0.076增加至0.089,叶片一弯频率对应的共振转速提高了15.2%;试验表明在75%换算转速进喘时,叶片相对应变降低了18%,本文提高叶片频率的方法很好地解决了工程中出现的转子叶片进喘时动应力突增的问题。     

高温多轴比例与非比例循环加载下疲劳寿命预测

利用薄壁圆管和缺口试样,在MTS 809电液伺服材料试验系统上对GH4169合金的高温多轴疲劳特性进行了实验研究. 实验采用对称轴向和扭转应变控制、比例与非比例循环加载,轴向与扭转应变的相位差分别为0°,45°,90°. 通过对薄壁圆管和缺口试样的高温多轴疲劳寿命特性分析,基于临界面方法提出了一个的多轴疲劳寿命预测模型,在考虑临界面上最大剪应变和正应变对多轴疲劳损伤贡献的同时,还引入了应力状态对多轴疲劳寿命的影响因素. 应用新模型对GH4169合金高温多轴疲劳寿命进行预测结果表明,该模型对于缺口试样和薄壁圆管的高温多轴疲劳寿命估算具有较高的准确性.     

Q460C高强度结构钢材循环加载试验研究

为了得到高强度钢材的滞回性能,对Q460C高强度结构钢材的单调和循环加载性能进行了试验研究.试验包括3个单调拉伸、3个单调压缩和10个不同加载制度的循环加载,得到了单调和循环加载的应力-应变曲线;分析了单调和循环加载下的宏观试验现象以及断口的电镜扫描结果.基于Ramberg-Osgood公式,对各种循环荷载下钢材的骨架...     

轴心受压钢构件的失稳控制及应用

阐述了轴心受压情况下典型套管构件的简化力学模型,选择利用合理的套管构件内核本构关系,用2个算例(内核圆钢管不同工况下的轴压承载力分析和网架结构应用套管构件的稳定计算分析)分析了外钢管对轴心受压内钢管的失稳控制效果.分析结果表明:套管构件作为失稳控制措施能够使得轴心受压钢构件失稳得到有效控制,可以应用于桁架、网架以及网壳等对受压钢构件失稳比较敏感的一类空间结构.最后提出了利用套管构件对轴心受压钢构件进行失稳控制研究中需要进一步解决的问题.     

高轴压比下内置闭合钢管的钢骨砼桥墩曲率延性系数

为提高震区桥梁抗震延性,选择内置闭合钢管的钢骨混凝土矩形桥墩进行延性设计.考虑到近场罕遇地震下桥墩可能承受较大轴力,根据平截面假定、力的平衡和材料本构关系,分别推导了高轴压比下截面屈服曲率和极限曲率关于截面设计参数的解析公式,并通过数值方法验证了解析公式的正确性.将截面极限曲率和屈服曲率之比定义为曲率延性系数,实现已知截面设计参数定量计算桥墩延性的目的,并以曲率延性系数为指标比较了钢骨混凝土桥墩和箍筋约束混凝土桥墩的抗震延性.研究结果表明:高轴压比下,利用截面设计参数计算曲率延性系数的解析方法是可行的;当耗材相同时,高轴压比下钢骨混凝土桥墩较箍筋约束混凝土桥墩具有更好的抗震延性.     

焊接工字形钢支撑等幅轴向反复循环荷载下低周疲劳性能试验

在两端铰接ST12材质焊接工字形钢支撑等幅轴向反复循环荷载低周疲劳性能试验基础上,进行了Q235材质焊接工字形钢支撑低周疲劳性能试验.分析了2种材质的共47根支撑在试验载荷下的最大横向变形和最大抗压承载力特性,验证了文献及规范方法的可靠性.在假设加载幅值、试件几何特征以及钢材屈服强度对支撑低周疲劳寿命影响相互独立的基础上,提出了估算支撑低周疲劳寿命的经验公式.分析表明,翼缘宽厚比越小,长细比越大,加载幅值越小,屈服强度越低,支撑低周疲劳寿命越高.由于在地震作用时支撑构件位移时程不可预知,设计支撑时除应严格限制翼缘板件宽厚比外,还应适当采用低屈服点钢材及适当放宽某些现行规程对长细比的限制,以避免支撑过早断裂.最后,根据支撑不同损伤阶段的累积耗能比,指出可偏于安全的采用阶段I的寿命估算公式来预估支撑的低周疲劳寿命.     

受荷方式对钢管轻集料混凝土短柱轴压性能的影响

采用3种加载方式对27根钢管轻集料混凝土短柱进行轴压试验,分析了加载方式对构件轴心受压破坏形态和力学性能的影响,主要试验参数为不同轻集料混凝土强度等级和钢管截面尺寸.3种受荷方式分别为:荷载作用在核心混凝土上;荷载作用在整个截面上;采用滚轴加载板将荷载作用在整个截面上.研究结果表明,加载方式对钢管轻集料混凝土短柱的轴压变形性能有较大影响,而对其极限承载力影响不大.无论何种加载方式,钢管轻集料混凝土短柱的纵向压缩变形能力都很强,纵向应变可达0.1,因而具有十分良好的延性,并具有较大的后期承载能力.     

高温后不同骨料RC边节点反复载荷下的试验研究

为研究高温和骨料类型对钢筋混凝土边节点抗震性能的影响,分别针对硅质和钙质两种不同骨料的RC边节点进行了高温后的低周反复载荷试验,分析了高温后硅质和钙质骨料RC边节点在低周反复载荷作用下的承载能力、破坏形态、延性指标和耗能能力的变化规律。结果表明:相对于钙质骨料混凝土边节点,硅质骨料的承载力退化较少,梁柱相对转角偏小,高温核心区剪切变形较小,证实硅质骨料混凝土边节点有更好的弹塑性性能、耗能能力及抗震性能。