冷彎薄壁型鋼四肢組合受彎構(gòu)件承載力研究

摘 要：針對冷彎薄壁型鋼四肢組合箱形截面受彎構(gòu)件，建立了考慮材料、幾何和接觸非線性的有限元模型，進行了其承載力的數(shù)值分析數(shù)值分析所得構(gòu)件的破壞模式、極限承載力和荷載撓度曲線與試驗結(jié)果吻合較好，驗證了有限元模型的可靠性采用這一模型就釘距、截面高度、寬度及初始缺陷等對構(gòu)件極限承載力的影響進行了一系列參數(shù)分析提出了構(gòu)件實用設(shè)計和計算的折減系數(shù)法，與現(xiàn)有AISI和中國規(guī)范基于有效寬度法的計算結(jié)果進行了比較，證明現(xiàn)有規(guī)范計算結(jié)果偏于保守，本文方法與數(shù)值分析結(jié)果吻合較好、簡便可行.

關(guān)鍵詞：冷彎薄壁型鋼；組合箱形截面；承載力；有限元法；參數(shù)分析；有效寬度法

中圖分類號：TU392.5 文獻標識碼：AAnalysis of the Bearing Capacity of Coldformed Steel

Quadruple Limbs Builtup Members under Flexural Loading

冷彎薄壁型鋼低層住宅體系具有工業(yè)化生產(chǎn)、施工周期短、建筑污染小、環(huán)保節(jié)能的特點，在保溫、隔熱、隔音、通風換氣等方面具有較大的優(yōu)勢.由多個C型和U型槽鋼組合的冷彎薄壁型鋼組合構(gòu)件已被應用于輕鋼住宅體系中，但我國規(guī)范并沒有對此多肢冷彎薄壁型鋼組合截面構(gòu)件的承載力給出明確的計算公式，僅建議雙肢拼合截面按單肢構(gòu)件承載力之和計算，因此有必要進行這方面的試驗和理論研究.

近年來，國內(nèi)外部分學者研究了不同形式的冷彎薄壁型鋼組合截面構(gòu)件的承載力情況.哈爾濱工業(yè)大學的武勝、張素梅[1-2]對幾種冷彎薄壁雙軸對稱組合箱形截面構(gòu)件的軸壓、偏壓和受彎承載力及破壞模式進行了研究，證明了新型截面的顯著力學優(yōu)勢.長安大學周天華、何保康[3-4]等人對不同寬厚比和長細比的G550高強冷彎薄壁型鋼組合截面方管柱進行了試驗研究，認為按現(xiàn)行規(guī)范[5]考慮板組相關(guān)性影響的計算結(jié)果偏于不安全，并提出了新的承載力建議計算方法.加拿大Waterloo大學Sultana和Xu等[6-7]通過對冷彎薄壁型鋼組合箱形截面梁的受彎試驗和有限元分析，指出北美現(xiàn)行規(guī)范[8]中對組合截面受彎構(gòu)件的偏心受彎承載力計算按照每個組成構(gòu)件的抗彎承載力的總和的方法是偏于不安全的，并提出了合理的折減系數(shù).Oklahoma大學的Whittle[9]通過試驗分析指出雙肢對接拼合截面軸壓構(gòu)件按照修正長細比的設(shè)計方法過于保守.MissouriRolla大學的Stone[10]研究了工字型組合截面構(gòu)件的承載力，同北美冷成型鋼構(gòu)件設(shè)計規(guī)范進行了比較并指出按現(xiàn)行北美規(guī)范設(shè)計結(jié)果偏于保守.

湖南大學學報（自然科學版）2012年第11期趙一婕等：冷彎薄壁型鋼四肢組合受彎構(gòu)件承載力研究本文研究了一種四肢拼合的冷彎薄壁型鋼箱形截面受彎構(gòu)件，對其進行了試驗和有限元分析，將兩者的結(jié)果相比較，證明了有限元模型的合理性.然后利用已被驗證的模型對組合截面梁進行參數(shù)分析，考察截面寬度、高度、自攻螺釘間距及構(gòu)件初始缺陷對組合截面梁受彎承載力的影響.在考慮國內(nèi)外規(guī)范有效寬度法的基礎(chǔ)上，提出了折減構(gòu)件全截面抗彎模量的抗彎承載力計算方法，并證明了這種方法的可靠性和適用性.

1 試驗研究

1.1 試驗方案

試驗構(gòu)件如圖1所示試驗采用液壓千斤頂、反力架和分配梁在梁跨三分點處施加兩點豎向荷載，實現(xiàn)跨中純彎受力區(qū)域.對試件采用滾軸支座，模擬兩端簡支的受力條件.為了防止試件支座處腹板的局部失穩(wěn)，對其用自攻螺釘加釘角鋼加固，同時為了避免加載處集中力作用點的局部受壓破壞，在加載點兩側(cè)加釘鋼板，使集中力通過墊板直接傳遞給試件兩側(cè)面的腹板，保證兩側(cè)面腹板受力均勻.試件自攻螺釘間距參考AISI規(guī)范[8]對雙肢拼合受彎構(gòu)件連接件的規(guī)定取為300 mm.各試件安裝就位后即進行預加載，確認試件未出現(xiàn)偏心受力后開始分級加載，每1 kN一級，加載至接近預計極限承載力時適當減小每級加載幅值，每級加載完畢后持荷1 min，直至破壞.由于試件加工過程中有誤差，試驗前對試件的實際尺寸進行了測量，結(jié)果見表1.