大尺度矩形开孔钢梁受力性能及其设计方法的研究.pdf

摘要 摘要 近年来，随着高层建筑钢结构的快速发展，由于良好的经济效益，腹板开孔 钢梁正受到越来越多设计人员的关注和应用。但是，国内目前对此种构件的研 究比较匮乏，在国内现行的设计规范中，仅在‘高层民用建筑钢结构技术规程》 (JGJ99．98)对开孔钢梁在节点构造上作了一些要求，对其计算方法未有涉及， 这影响了开孔钢梁在实际工程中的应用。 为了促进开孔钢梁在实际工程中的应用，本文综合运用试验研究和有限元分 析相结合的方法，对腹板无规律开孔钢梁的受力性能、变形特征、破坏模式等 性能进行深入研究，并旨在总结出矩形开孔钢梁的设计方法．本文主要进行了 如下几个方面的工作： 首先，通过两榀矩形开孔钢梁的足尺静力试验，研究了开孔钢梁在静力荷载 下的应力分布、破坏模式、承载能力等问题。试验表明，受腹板开孔的影响， 矩形开孔钢梁的应力分布、受力机制并不完全符合传统的梁理论． 其次，将一般实腹钢梁的部分计算理论和蜂窝梁计算中的空腹桁架理论应用 到开孔钢梁中，并结合试验数据和有限元分析，验证上述理论在开孔钢梁中是 否适用。通过分析发现，空腹桁架理论对空腹截面应力的计算比较可靠．但由 于孔口的影响，在离开孔口边缘一定长度的实腹截面，其正应力和剪应力分布 与一般实腹钢梁并不相同，而且其影响不能忽略。 然后，应用有限元数值模拟的方法，对影响开孔钢梁截面应力分布的开孔几 何参数进行分析，得到一般规律性的结论：(1)孔口对正应力分布的影响区域 长度只与开孔高度有关，大约为孔口高度的0．9倍；此影响区域内的正应力最大 值也仅与开孔高度有关。(2)孔口对剪应力分布的影响区域的长度约等于梁高。 同时，通过线性回归分析，得出此影响区域内的剪应力最大值的计算公式。 最后，基于本文对开孔钢梁的研究，并结合国内外相关规范，总结出矩形开 孔钢梁的设计建议，并通过算例的验证，证明了上述设计建议的可靠性和实用 性。 关键词：开孔钢梁；足尺试验；空腹桁架理论；有限元分析；孔口影响区域； 设计准则 I Abstract ABSTRACT the of steel with StrUCtUreS，steel Recently,withdevelopmenthigh·rise girders web aremoreandmore with becauseofthe large openings popularengineers economic behaviorof with web islack benefit．However’the girderslarge openings of is referredaboutthe constructioninthe investigation．Itonly just geometrical China ofTallBuildings, butno callbeusedfor in the ofsteel China,so guideline design applicationgirders with web isblocked． largeopenings To the ofsteel with