冷彎薄壁z型鋼連續(xù)檁條受力性能試驗(yàn)與理論分析-(5487)

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1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文壁型鋼是用較薄的鋼板或帶鋼經(jīng)過輥壓或沖壓等加工手段形成的鋼材，因此其寬厚比不像熱軋鋼材那樣受到限制，能根據(jù)需要生產(chǎn)出材料分布最優(yōu)的合理截面形式。和熱軋型鋼相比，冷彎薄壁型鋼構(gòu)件材料性質(zhì)均勻，截面類型豐富以及強(qiáng)度重量比更高，因此總體上使用更為經(jīng)濟(jì)。與熱軋型鋼相比，冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有以下優(yōu)點(diǎn)畸~71：(1)冷彎薄壁型鋼加工設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，回收快。通過冷成型加工可經(jīng)濟(jì)地尋找異型截面，進(jìn)而能獲得令人滿意的強(qiáng)度重量比，而熱軋型鋼設(shè)備復(fù)雜。(2)冷彎薄壁型鋼允許截面板件出現(xiàn)局部屈曲，而熱軋型鋼

2、一般不允許出現(xiàn)截面板件局部屈曲，且限制截面板件寬厚比。(3)熱軋型鋼構(gòu)件在應(yīng)用中必須考慮由焊接和溫度變化形成的殘余應(yīng)力，而冷彎薄壁型鋼由于壁厚較薄，現(xiàn)階段應(yīng)用中可暫不考慮殘余應(yīng)力的影響。(4)冷彎薄壁型鋼截面材性在冷彎后發(fā)生變化，出現(xiàn)冷彎效應(yīng)，在設(shè)計(jì)時(shí)可利用冷彎效應(yīng)所引起的材料強(qiáng)度提高值。。(5)冷彎薄壁型鋼閉口截面較多，抗扭性能較熱軋型鋼構(gòu)件要高，且單軸對(duì)稱槽型截面較多，受壓時(shí)常為彎扭屈曲控制。冷彎薄壁型鋼是一種輕型材料。由于其具備卓越的結(jié)構(gòu)性能及延性，非常適用于房屋建筑。它被廣泛地用于屋蓋中的檁條、中等跨度樓板

3、中的橫梁，墻體結(jié)構(gòu)中的立柱和墻梁，以及建筑物屋面和墻面的圍護(hù)結(jié)構(gòu)等。此外，用壓型鋼板與混凝土做成的組合樓板，在多、高層建筑中應(yīng)用也十分廣泛。冷彎薄壁型鋼在用作連續(xù)檁條時(shí)，C型和Z型連續(xù)檁條的上下翼緣容易與金屬壓型鋼板實(shí)現(xiàn)可靠的連接。特別是冷彎薄壁Z型連續(xù)鋼檁條，可通過斜邊很容易地搭接(上下翼緣寬度相差2倍的板厚)。而且冷彎薄壁卷邊Z型連續(xù)鋼檁條便于疊放，有利于存放、運(yùn)輸，從而降低成本。1．2冷彎薄壁型鋼的理論研究1．2．1冷彎薄壁型鋼的設(shè)計(jì)方法(1)有效截面法冷彎薄壁型鋼受壓構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定驗(yàn)算均采用有效截面進(jìn)行計(jì)

4、算，這是各國(guó)冷彎型鋼設(shè)計(jì)規(guī)范、也是我國(guó)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(GBS0m8．2002)最主要的設(shè)計(jì)特點(diǎn)之一。冷彎型鋼截面板件寬厚比b／t比較大，在不大的壓力作用下，板件很快出現(xiàn)局部屈曲。試驗(yàn)和理論分析表明，板件出現(xiàn)局部屈曲并不意味板件承載力達(dá)到極限值，它還具有屈曲后強(qiáng)度。因此，構(gòu)件截面出現(xiàn)局部屈曲，只是截面板件發(fā)生局部波曲，構(gòu)件整體還可繼續(xù)承受荷載，這就出現(xiàn)了冷彎型鋼內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文壓桿構(gòu)件局部屈曲和整體屈曲相關(guān)影響。精確分析這種相關(guān)影響比較復(fù)雜，在冷彎型鋼設(shè)計(jì)規(guī)范中，采用一種比較實(shí)用的方法，即有效

5、截面法。所謂有效截面法是指在構(gòu)件整體承載能力計(jì)算中，用部分有效截面代替原構(gòu)件截面以考慮截面板件出現(xiàn)局部屈曲對(duì)構(gòu)件整體剛度削弱影響。冷彎型鋼構(gòu)件在壓力作用下，由于截面板件出現(xiàn)局部屈曲，板件截面上的應(yīng)力發(fā)生重分布(即兩邊大于板件中央部位)。有效截面法假定由部分有效截面承受外力(圖1．1)，在構(gòu)件的整體承載力計(jì)算時(shí)，應(yīng)取截面的有效部分計(jì)算。只要有效截面取得正確，便可正確確定出構(gòu)件整體承載力。因此，冷彎型鋼受壓構(gòu)件確定其有效截面成為構(gòu)件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題呻1。。、●：／＼．●t／●：／～．●／●jf。-、～"---n--．-●

6、圖1．1有效寬度b。圖(2)直接強(qiáng)度法為防止冷彎薄壁型鋼構(gòu)件截面板件局部屈曲，在截面板件上設(shè)置各種各樣形式的加勁板件及復(fù)雜的邊緣加勁板件。對(duì)于此類復(fù)雜截面冷彎型鋼構(gòu)件計(jì)算，《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范))(GB50018．2002)07采用傳統(tǒng)有效截面法計(jì)算時(shí)需作很多假定。為此，近十余年，美國(guó)B．W．Schafer、T．Pekoz和澳大利亞G．Hancock等教授，提出了一種新的設(shè)計(jì)方法——直接強(qiáng)度法。直接強(qiáng)度法的基本概念是：截面不折減，仍取毛截面為計(jì)算面積，而采取折減構(gòu)件強(qiáng)度的設(shè)計(jì)方法(如圖1．2中厶所示)。直接強(qiáng)

7、度法可用于復(fù)雜截面冷彎型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)田1。圖1．2直接強(qiáng)度法^v圖內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文1．2．2關(guān)于屈曲的研究狀況局部屈曲是冷彎薄壁型鋼的一種主要的屈曲形式，也是國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。Bijlard和Fisher于1952年第一次研究了考慮板屈曲后強(qiáng)度利用的方管柱的極限承載力n引。VanderNeut于1969年成功地利用一個(gè)數(shù)學(xué)模型來研究截面板件的局部屈曲和構(gòu)件的整體屈曲間的相關(guān)作用n“；2003年ChengYu和B．W．Schafer進(jìn)行了冷彎薄壁型鋼C型和Z型截面梁的局部屈曲試驗(yàn)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)用AISI(19

8、96)和NAS(2001)計(jì)算的極限承載力結(jié)果都在允許的范圍內(nèi)。在所有的方法中，直接強(qiáng)度法計(jì)算試驗(yàn)試件的極限承載力與試驗(yàn)值最接近，試驗(yàn)也顯示有效寬度法在計(jì)算C型和Z型截面梁極限承載力時(shí)仍然適用n2l。國(guó)內(nèi)關(guān)于屈曲也有研究：如張虎，顧強(qiáng)，楊應(yīng)華采用大撓度彈塑性有限條法分析了卷邊槽形截面受彎構(gòu)件的極限強(qiáng)度，根據(jù)極限狀態(tài)時(shí)受壓翼緣板的應(yīng)力分布，提出了具有足夠卷邊支