国内外C型钢机研究现状和发展动态

发布时间：2016年7月15日   |   阅读次数： 111

国内外C型钢机研究现状和发展动态
我国自五十年代起开始对冷弯薄壁型钢结构进行研究，1969年颁布了第一部《弯曲薄壁型钢结构技术规范》草稿，197s年修订为《薄壁型钢结构技术规范》(TJIS-7s)试行，1987年颁布了国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》}GBJIS-s7，2002年颁布了国家
标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GBSOOIS-2002，该规范在计算有效宽度时首次考虑了板组效应，这一点在世界上也是处于领先水平的。但总体来说，我国目前对于冷成型钢的研究还是远远落后于国际先进水平的。例如，在壁厚的限定方面，美国Alsl规范自1977年就把冷成型钢构件的壁厚放宽，澳大利亚的现行规范AS/NSZ4600：1996也把冷成型钢构件的壁厚放宽到25mm，而我国规范仍将冷成型钢的壁厚限制在6mm以下；另一方面，国外目前已在抗震设防地区大量使用壁厚在1mm以下的冷成型钢构件作为主体构件，而我国几乎没有壁厚在1mm以下的冷成型钢构件，并且绝大多数的冷成型钢构件都作为次要构件来承受荷载。此外，国外对于冷成型钢的动力性能的研究已进行了数年，而国内目前几乎无人涉及这一领域，以上这些都加大了我国冷成型钢结构的研究和发展与世界先进水平之间的差距。
在国内，对冷弯薄壁型C型钢设备的冷成型强化进行了研究，提出了现行规范中考虑冷弯效应的强度设计值的简化计算公式；对冷弯薄壁槽钢的局部屈曲和整体屈曲相关作用进行了试验和理论分析，并使用有限条法进行求解；利用双重非线性壳体有限元方法，对偏心受压钢构件在循环荷载作用下的滞回性能进行了计算机模拟，分析了H形截面偏心受压构件的滞回特性；得出了强烈地震作用下，构件翼缘宽厚比、腹板高厚比、轴压比和长细比等参数对H形截面偏心受压构件滞回性能的影响规律，根据板壳非线性有限元基本理论，提出了压弯钢构件在循环荷载作用下弹塑性弯扭屈曲分析的有限单元法；分析了翼缘宽厚比、腹板高厚比对工形截面钢压弯构件滞回性能的影响，提出了压弯构件板件宽(高)厚比限值公式及相关公式；根据有限元模拟的结果，分析了板件局部屈曲对方管截面柱拉压滞回性能的影响；用多弹簧非线性数值分析模型分析了宽肢薄腹H形截面钢柱的滞回性能；采用自编的双重非线性有限元程序分析了箱形截面钢压弯构件受常轴力、循环弯矩作用时的非线性性能，得到了箱形截面钢压弯构件在常轴力、循环弯矩作用下的滞回性能和主要影响因素，并对强震条件下的板件宽厚比限值提出了建议。总之，以上所有的试验和理论研究都是对静力荷载作用下的冷弯薄壁型钢或循环荷载作用下的普钢，国内尚无人涉及到冷成型钢构件的压弯滞回性能的研究。
国外冷弯薄壁型C型钢设备的计算理论研究始于美国，1939年美国钢铁协会(AISI)出资在康纳尔大学(CornellUniversity)由乔治·温持(GeorgeWinter)教授负责对冷弯薄壁型钢的设计理论进行了研究，并做了大量的试验。在此基础上，世界上第一本冷弯薄壁型钢结
构构件的容许应力设计(ASD)规范于1946年问世。1991年，第一版荷载抗力系数设计(LRFD)规范由AISI发行，1996年，AISI将ASD规范和LRFD规范合并成一本规范，1999年，AISI发布了1996年版AISI规范的补充，2001年，美国、加拿大和墨西哥三个国家把以前版本的美国AISI规范和加拿大的5136规范合并在一起，形成了现行的《北美冷成型钢构件设计规范》，这版规范将传统的容许应力设计法(ASD)和荷载抗力系数设计法(LRFD)以及极限状态设计法(LSD)融于一本规范中，它是当前世界各国彩钢压瓦机钢结构设计规范中内容最丰富、最全面的规范。
焊接方形截面短柱在循环荷载作用下弹塑性循环荷载与变形关系的试验研究，并将循环荷载试验与单调荷载实验结果进行了比较。试验表明在轴压荷载作用下，随着循环次数的增加，板件的轴向刚度和极限承载能力明显减小。随着构件宽厚比增大，由于板件的循环局部屈曲，每次循环卸载和再加载之间的间距逐步增大。在试验的基础上，给出了滞回曲线包络线的指数方程；并定义了承载能力递减系数F.t和延性系数D=，用以表示每个循环中极限强度的减小。
一种新的滞回模型来模拟薄壁型钢结构在地震作用下的响应。利用损伤指数的概念来解释结构在循环荷载作用下强度与刚度的退化。该模型能够对箱形截面柱由于板件局部屈曲对整个构件滞回性能的影响给出较为精确的描述。
对动力荷载条件下，不同应变率的冷成型短柱的局部屈曲和屈曲后性能进行了试验和理论研究。得出的结论是：短柱的强度随着应变率的增加而增加。增加的总量依赖于材料的屈服强度、钢材的种类、应力一应变关系、构件的宽厚比、受压构件的截面形式以及试验中采用的应变率。
利用有限元法开展了对于平面内承受循环拉压荷载的薄钢板的弹塑性大变形分析。作者将改进的两表面塑性模型和近似的拉格朗口运动方程分别运用于描述薄钢板弹塑性有限元中的材料非线性及几何非线性，通过数值分析得到了影响薄钢板滞回性能的各种重要因素。
为确保地震作用下高架桥梁的安全性，对两轴向弯曲下薄壁圆钢管的滞回模型进行了研究。作者采用了非线性多弹簧模型进行理论分析，并将结果与有限元壳体模型在二维水平地震反应下的分析结果进行了比较，证实了非线性多弹簧模型的精确性。
采用有限元法分析薄壁圆钢柱在地震荷载作用下的极限滞回性能，他们发展了三面循环金属塑性模型，由于该模型能够很好地模拟局部屈曲，所以使得有限元分析的结果有很大地改进。
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