混用鋼號(hào)蜂窩梁翼緣局部屈曲試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

齊 峰 寧秋君

(西安工業(yè)大學(xué)，陜西 西安 710064)

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混用鋼號(hào)蜂窩梁翼緣局部屈曲試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

齊 峰 寧秋君

(西安工業(yè)大學(xué)，陜西 西安 710064)

為了分析混用鋼號(hào)蜂窩梁翼緣局部穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)了混用鋼號(hào)蜂窩梁翼緣局部屈曲試驗(yàn)方案，探討了高厚比、孔高比、翼緣寬厚比和上翼緣強(qiáng)度對(duì)混用鋼號(hào)蜂窩梁翼緣穩(wěn)定承載力的影響，以供參考。

混用鋼號(hào)蜂窩梁，翼緣強(qiáng)度，支座，承載力

1 概述

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著環(huán)境問題日趨突出和能源危機(jī)日益加劇，“綠色建筑”應(yīng)運(yùn)而生[1，2]。鋼結(jié)構(gòu)是一種新型的綠色建筑結(jié)構(gòu)體系，具有受力性能好、自重輕、施工周期短、生產(chǎn)高效、節(jié)能與再利用率高的特點(diǎn)而在建筑領(lǐng)域得到了大力的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用[3，4]。

2 混用鋼號(hào)蜂窩梁實(shí)測試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)設(shè)置

本試驗(yàn)為原型結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)康臑闄z測兩端簡支六邊形孔混用鋼號(hào)蜂窩梁，在純彎曲荷載作用下翼緣的穩(wěn)定承載力。在對(duì)混用鋼號(hào)蜂窩梁進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)在梁跨中設(shè)置側(cè)向支撐防止梁發(fā)生整體失穩(wěn)，該支撐只限制梁側(cè)向位移而不限制梁豎向位移。

在對(duì)混用鋼號(hào)蜂窩梁翼緣穩(wěn)定承載力進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，腹板高厚比符合規(guī)范的規(guī)定，根據(jù)混合水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，考慮高厚比、孔高比、翼緣寬厚比和上翼緣強(qiáng)度四個(gè)因素對(duì)混用鋼號(hào)蜂窩梁翼緣穩(wěn)定承載力的影響，上翼緣強(qiáng)度設(shè)置兩個(gè)水平，其余每個(gè)因素設(shè)置三個(gè)水平，采用正交表L9(34)安排4因素3水平試驗(yàn)，設(shè)計(jì)9根試件。

2.2 試件設(shè)計(jì)

試件通過對(duì)鋼板切割再焊接而成，為了防止兩端剪彎段因剪力作用提前破壞，腹板采用實(shí)腹并且在支座與加載點(diǎn)處設(shè)置橫向加勁肋，加載點(diǎn)處還設(shè)置了短加勁肋，所有加勁肋對(duì)稱布置，中間純彎段部分直接在腹板挖孔，翼緣局部穩(wěn)定試驗(yàn)梁示意圖如圖1所示。

2.3 試驗(yàn)加載設(shè)計(jì)

為了確保試驗(yàn)順利進(jìn)行，需要對(duì)加載裝置、支座和側(cè)向支撐進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于加載裝置的要求，首先要滿足試驗(yàn)最大荷載量的要求，保證有足夠的安全儲(chǔ)備，在滿足強(qiáng)度要求的同時(shí)，還必須考慮剛度要求，試驗(yàn)加載裝置還要求使它能符合結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力條件。對(duì)于支座的設(shè)計(jì)要求能模擬結(jié)構(gòu)構(gòu)件的邊界條件和變形條件，否則就失去了受力的真實(shí)性，在試驗(yàn)中試件一端為固定鉸支座另一端為滑動(dòng)鉸支座。加載的荷載示意圖如圖2所示。

2.4 支座及支撐設(shè)置

支承試驗(yàn)梁的支座由簡支支座和支墩組成。簡支支座一端為鉸支座，試驗(yàn)梁只能在該支座處發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，另一端為滑動(dòng)鉸支座，試驗(yàn)梁在該支座處既能平動(dòng)又能轉(zhuǎn)動(dòng)。支墩用試驗(yàn)室里專用的純鋼支墩，其本身的強(qiáng)度在設(shè)計(jì)時(shí)可以滿足試驗(yàn)的要求，足以保證在試驗(yàn)時(shí)不會(huì)發(fā)生沉陷或者變形。由于蜂窩梁截面較高，翼緣相對(duì)寬度比較小，為防止蜂窩梁在試驗(yàn)過程中發(fā)生整體失穩(wěn)，需要在支座與加載點(diǎn)處設(shè)置側(cè)向支撐。側(cè)向支撐的設(shè)計(jì)不僅要滿足試驗(yàn)的要求，而且盡可能的簡單。為此，對(duì)側(cè)向支撐進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)，使其能滿足試驗(yàn)的要求。側(cè)向支撐布置在兩端支座和兩個(gè)加載點(diǎn)處共有四道，每一道設(shè)置上下兩個(gè)點(diǎn)，梁兩邊側(cè)向支撐對(duì)稱分布。側(cè)向支撐由滾軸、縱梁和機(jī)械千斤頂組成，滾軸一端支撐住蜂窩梁，另一端固定在縱梁上，縱梁由機(jī)械千斤頂支撐在反力架上。

2.5 加載制度

試驗(yàn)加載制度是結(jié)構(gòu)試驗(yàn)進(jìn)行期間控制荷載與加載時(shí)間的關(guān)系，它包括加載速度的快慢、加載時(shí)間間歇的長短、分級(jí)荷載的大小等。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的支承能力和變形性質(zhì)與其所受荷載作用的時(shí)間特性有關(guān)。為了充分研究混用鋼號(hào)蜂窩梁的局部穩(wěn)定性，試驗(yàn)加載分為預(yù)載和正式加載，預(yù)加載分三級(jí)進(jìn)行，每級(jí)取標(biāo)準(zhǔn)荷載的20%，再分2級(jí)～3級(jí)卸完。正式加載，在加載達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)荷載前，每級(jí)加載值取標(biāo)準(zhǔn)荷載的20%，當(dāng)荷載加到局部屈曲荷載的90%之后，每級(jí)荷載取標(biāo)準(zhǔn)荷載的10%，直到蜂窩梁局部屈曲破壞。每級(jí)荷載施加后穩(wěn)定10 min，進(jìn)行讀數(shù)，觀測變形的發(fā)展，然后再進(jìn)行下一級(jí)加載。

2.6 試驗(yàn)量測方案設(shè)計(jì)

在兩點(diǎn)集中荷載作用下，梁中間段受純彎曲荷載作用，在該段內(nèi)梁截面上只有正應(yīng)力，因此在截面上可只布置單向的應(yīng)變測點(diǎn)。在試件的純彎曲段上下翼緣處布置單向應(yīng)變片，以測量梁翼緣在屈曲過程中的應(yīng)力。試件應(yīng)變片布置圖如圖3所示。

3 結(jié)語

通過該試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，我們能夠在今后試驗(yàn)中清晰的得到高厚比、孔高比、翼緣寬厚比和上翼緣強(qiáng)度對(duì)六邊形孔混用鋼號(hào)蜂窩梁在純彎曲荷載下對(duì)翼緣局部穩(wěn)定承載力的影響及六邊形孔混用鋼號(hào)蜂窩梁局部失穩(wěn)破壞形態(tài)。

[1] 羅文君.不同孔狀下蜂窩梁的整體穩(wěn)定分析[D].長沙：湖南大學(xué)，2011.

[2] 沈祖炎，李元齊，張?jiān)?綠色建筑與鋼結(jié)構(gòu)[J].武漢勘察設(shè)計(jì)，2014(4):26-28.

[3] 梁 嘉.純剪切狀態(tài)下蜂窩梁腹板的局部穩(wěn)定分析[D].長沙：湖南大學(xué)，2011.

[4] 袁海龍.混用鋼號(hào)蜂窩梁性能研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2015.

The experimental scheme design on local bucking of hybrid castellated beams

Qi Feng Ning Qiujun

(Xi’anTechnologicalUniversity,Xi’an710064,China)

In order to analyze local stability of mixed steel grade honeycomb beam flange, the paper designs local buckling testing scheme of mixed steel grade honeycomb beam flange, explores the impact of height-depth ratio, diameter-depth ratio, flange width-thickness ratio and top flange strength upon stable bearing capacity of mixed steel grade honeycomb beam flange, with a view to provide some guidance.

mixed steel grade honeycomb beam, flange strength, bearing, bearing capacity

1009-6825(2016)26-0040-02

2016-07-03

齊 峰(1962- )，女，副教授； 寧秋君(1993- )，男，在讀碩士

TU317

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