冷弯薄壁C形截面开孔梁的直接强度法.pdfVIP

钢结构工程研究⑩ 《钢结构》2014增刊 冷弯薄壁C形截面开孔梁的直接强度法 刘健王春刚张乃文 (沈阳建筑大学土木工程学院，沈阳110168) 提要：为了研究冷弯薄壁C形截面开孔梁抗弯承载力计算方法，本文在参考国外普通卷边开孔梁抗弯 承载力的直接强度法基础上，结合我国规范，提出了适于我国实际的开孔梁抗弯承载力直接强度法公式， 并分别利用国外开孔梁的直接强度法公式和本文建议的开孔梁抗弯承载力公式计算普通卷边和复杂卷边 槽钢的抗弯承载力，且与试验所得数据相对比。研究表明，本文建议公式结果与试验结果比较接近。此外， 两种方法均可推广应用于复杂卷边C形截面开孔梁的抗弯承载力计算。 关键词：腹板开孔；C形截面；纯弯构件；直接强度法 1．冷弯薄壁型钢的发展与现状 钢结构与其他材料的结构相比具有以下优势：建筑钢材强度高，塑性、韧性好；钢结 构的质量轻；材质均匀，其实际受力情况和力学计算的假定比较符合；钢结构制作简便， 施工工期短；钢结构的密闭性好…。所以在实际工程中钢结构的应用非常广泛。 在钢结构中轻型钢结构除了传统的优势外，还有自重轻，满足高强度，用钢量省，抗 震性能好等特点，近年来，大量应用于商场、办公楼、以及大跨度结构口J。冷弯薄壁型钢 属于轻型钢的一种，是由钢带或钢板经冷加工而成的型材。与热轧型钢结构构件相比，冷 弯型钢构件具有优越的强度自重比、截面形式灵活多样且更易于NI成型pJ。 常见的冷弯薄壁型钢截面形式如图1所示。 [匕巴巴巳匕匕匕匕匕 L3E工 [[Tn 图1截囱彤式 在实际工程中，冷弯薄壁型构件常常要在腹板处开设一些洞口，构件腹板孔洞的开设， 为电路的安装和房屋管道设备等提供了便利，不仅提高了楼层的净空高度，同时使结构的 高度减小了很多，常见腹板开孔构件，如图2所示。但是，构件腹板孔洞的开设使应力重 新分布，承载力下降，影响了板件之间的相互作用，且易于发生畸变屈曲，腹板孔洞的开 设使构件的屈曲应力发生改变，同时也会改变屈曲的半波长和数量【4】，使构件的稳定性能 降低。 基金项目：辽宁省高等学校优秀人才支持计划(UQ2011059)，沈阳市科技计划项目(F12·277-1—31) 279 钢结构工程研究⑩ 《钢结构》2014增刊 图2开孔冷写型钢的厘用 然而国内外对开孔梁抗弯承载力的计算方法相对还并不成熟，国外学者C．D．Moen等 【5】于2013年，在原有纯弯不开孔梁抗弯承载力直接强度法的基础上，提出了纯弯开孔梁抗 弯承载力的直接强度法，利用试验和有限元分析模拟加以验证。在我国，梁润嘉161曾在硕 士论文中选取了腹板开孔复杂卷边C形和腹板开孔复杂卷边∑形两种截面形式的冷弯薄壁 型钢构件，做过初步的研究，但仍没有提出开孔梁抗弯承载力的直接强度法公式，本文以 国外开孔梁抗弯承载力计算公式为参考，结合我国规范提出符合我国实际的开孔梁抗弯承 载力的直接强度法公式，通过计算结果与试验结果的对比，验证本文建议方法的适用性和 结果的准确性，计算过程中，均考虑孔洞对构建的影响。 2．冷弯型钢构件承载力的计算方法 目前，冷弯型钢构件承载力计算的方法主要存在两种，有效截面法和直接强度法。有 效截面法是由有效宽度理论发展而来的。由于Winter有效宽度公式是在大量的试验研究基 础上得到的，因此实际上有效截面法包含了板件的各种初始缺陷、冷弯效应等影响。但是 此方法在确定有效截面及其几何特性时计算过程非常繁琐，且畸变屈曲对构件承载力的影 响也没有考虑[3】，由于构件中孔洞的开设，使构件的截面更加复杂，利用有效截面法计算 开孔梁的抗弯承载力过程繁琐，计算困难。 屈曲的相关作用，并将畸变屈曲模式作为独立的影响因素来考虑17J。直接强度法采用全截 面特性进行计算，过程简洁，且不易出错，所以推广到开孔梁