分析C型、Z型截面冷彎型鋼畸變屈曲性能有效寬度法

冷彎型鋼檁條的有效截面

冷彎型鋼檁條按(gb50018—2002)計(jì)算,截面大多達(dá)不到完全有效,需對(duì)其作屈曲后的強(qiáng)度計(jì)算。而翼緣非全部有效的卷邊槽鋼、z形鋼毫無對(duì)稱性,使應(yīng)力分析計(jì)算十分復(fù)雜。本文針對(duì)承受重力荷載檁條的特點(diǎn),論證畸變屈曲對(duì)設(shè)計(jì)不起控制作用,從而得出翼緣和腹板全部有效比較寬松的條件,現(xiàn)有卷邊槽鋼和z形鋼規(guī)格大部分全部有效。提出的公式既可簡(jiǎn)化計(jì)算,又可節(jié)省鋼材。

針對(duì)冷彎薄壁c型鋼受彎時(shí)畸變屈曲的模態(tài),提出在腹板與翼緣相交的棱線處設(shè)置隔板來提高屈曲荷載,并對(duì)不同隔板布置方式以及隔板形式對(duì)畸變屈曲荷載影響的效果進(jìn)行有限元分析。

在國(guó)內(nèi)外對(duì)畸變屈曲研究成果的基礎(chǔ)上,對(duì)冷彎薄壁c形截面槽鋼在軸心受壓和對(duì)稱軸平面內(nèi)偏心壓力下的畸變屈曲進(jìn)行試驗(yàn)研究,并與理論分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。

關(guān)于冷彎型鋼，天津泛化冷彎型鋼廠有著多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)此作給出以下見解供參考： 冷彎型鋼是一種經(jīng)濟(jì)的截面輕型薄壁鋼材，也稱為鋼制冷彎型材或冷彎型材。它是以熱軋或 冷軋帶鋼為坯料經(jīng)彎曲成型制成的各種截面形狀尺寸的型鋼。冷彎型鋼具有以下特點(diǎn)： 1．截面經(jīng)濟(jì)合理，節(jié)省材料。冷彎型鋼的截面形狀可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)合理，單位重 量的截面系數(shù)高于熱軋型鋼。在同樣負(fù)荷下，可減輕構(gòu)件重量，節(jié)約材料。冷彎型鋼用于建 筑結(jié)構(gòu)可比熱軋型鋼節(jié)約金屬38-50%，用于農(nóng)業(yè)機(jī)械和車輛可節(jié)約金屬15-60%。方便 施工，降低綜合費(fèi)用。 2．品種繁多，可以生產(chǎn)用一般熱軋方法難以生產(chǎn)的壁厚均勻、截面形狀復(fù)雜的各種型材和 各種不同材質(zhì)的冷彎型鋼。 3．產(chǎn)品表面光潔，外觀好，尺寸精確，而且長(zhǎng)度也可以根據(jù)需要靈活調(diào)整，全部按定尺或 倍尺供應(yīng)，提高材料的利用率。 4．生產(chǎn)中還可與沖孔等工序相配合，以滿

采用板殼單元離散變截面h型鋼柱,并同時(shí)考慮構(gòu)件整體與局部初始缺陷、殘余應(yīng)力、材料屈服、幾何非線性等因素的影響。根據(jù)數(shù)值分析的結(jié)果,重點(diǎn)研究了腹板寬厚比、腹板楔率、翼緣寬厚比、長(zhǎng)細(xì)比等參數(shù)對(duì)板件局部屈曲與構(gòu)件整體穩(wěn)定的影響,總結(jié)了壓力作用下變截面h型鋼柱局部屈曲、整體屈曲和相關(guān)屈曲的發(fā)展過程以及影響因素。

mbs?常用冷彎c型檁截面性能參考表 規(guī)格尺寸h×b ×t1×t2 截 面面 積 cm2 理 論重 量 kg/m 性能參數(shù) x-xy-y ix cm4 wxc m3 ix cm iy cm4 wymax cm3 wymin cm3 iy cm c100×40×20×2. 5 5.254.1278.815.73.8712.68.64.91.5 4 c100×50×15×2. 5 5.504.3188.017.64.0019.0 10. 9 5.8 1.8 5 c120×50×20×2. 56.254.90 139. 023.14.7122.8 13. 16.9 1.9 0 c120×50×20×3. 07.105.57 152. 125.34.6324.4 14. 37.4

介紹冷彎c型鋼橫截面上壓力分布的計(jì)算方法。著重闡述非對(duì)稱彎曲狀態(tài)下,直邊橫截面上壓力的計(jì)算公式。文中介紹的公式,是型鋼冷彎成型工藝計(jì)算力能參數(shù)的基本依據(jù)。

采用有限元軟件abaqus對(duì)卷邊z型鋼梁進(jìn)行線彈性畸變屈曲分析,針對(duì)其畸變屈曲模態(tài),在沿梁的長(zhǎng)度方向加設(shè)一定數(shù)量的連桿或隔板來防止畸變屈曲的發(fā)生。通過有限元對(duì)加固后的z型鋼梁進(jìn)行分析,比較各種加固措施,提出有效的加固方法。

采用有限元軟件ansys,選取7種加勁尺寸的冷彎薄壁c型鋼軸壓構(gòu)件,對(duì)畸變屈曲性能進(jìn)行模擬分析,并與c型鋼構(gòu)件模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,得出截面加勁時(shí)臨界荷載增大及最大變形減小的趨勢(shì)和效果。通過對(duì)7種加勁尺寸c型鋼構(gòu)件的數(shù)據(jù)分析,得出相對(duì)合理的加勁區(qū)范圍以供參考。

采用《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》、北美規(guī)范、澳洲規(guī)范以及低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術(shù)規(guī)程(報(bào)批稿)對(duì)文獻(xiàn)[2]的18根冷彎型鋼純彎構(gòu)件畸變屈曲極限承載力進(jìn)行了計(jì)算分析。結(jié)果表明:《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》過于保守,北美規(guī)范、澳洲規(guī)范雖與試驗(yàn)比較吻合但安全性不高,而《低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術(shù)規(guī)程》(報(bào)批稿)具有較好的安全度,建議可用于冷彎型鋼受彎構(gòu)件畸變屈曲極限承載力的計(jì)算。

閉口冷彎型鋼不可避免存在空彎,輥型構(gòu)成除側(cè)曲外還要加上壓輥。這樣不易產(chǎn)生橫向位移,彎曲角不易改變.為使成品斷面有相同的內(nèi)圓角半徑,上部閉合小邊自由彎曲的彎曲角應(yīng)比底部彎曲角大4-8°.在自由彎曲時(shí)位于彎曲部位的即將發(fā)生彎曲變形的直線區(qū)段金屬應(yīng)平均分在每一條邊上,各架圓角半徑均取相同數(shù)值,即比成品半徑小1-2mm。

冷彎薄壁型鋼低層住宅房屋體系的墻體一般由墻體密立柱、墻面圍護(hù)材料組成墻面材料不僅是建筑的需要,同時(shí)也能在一定程度上對(duì)墻體立柱提供有效的支承作用通過簡(jiǎn)化推導(dǎo),建立起了考慮墻板的支承效應(yīng)時(shí)墻體立柱的力學(xué)模型,并在彈性范圍內(nèi),分別利用rayleighritz法推導(dǎo)出了墻體立柱兩端簡(jiǎn)支、兩端固定、一端固定一端自由和一端簡(jiǎn)支一端固定等4種典型邊界條件下墻體立柱的整體屈曲臨界荷載,并將其轉(zhuǎn)化成為常規(guī)形式的表達(dá)式,可供設(shè)計(jì)、研究參考

采用ansys軟件中的板殼元,考慮雙重非線性,對(duì)梁端受等彎矩、不等同號(hào)彎矩、不等異號(hào)彎矩和梁上均布荷載和兩端簡(jiǎn)支與固接情況下雙段變截面h型鋼梁進(jìn)行了全過程分析,并同時(shí)考慮了縱向焊接殘余應(yīng)力、初始幾何缺陷的影響。根據(jù)獲得的構(gòu)件荷載-位移曲線和不同荷載時(shí)刻的構(gòu)件整體與局部變形形態(tài),對(duì)比分析了不同荷載工況對(duì)雙段變截面梁的承載力、整體剛度、相關(guān)屈曲、塑性擴(kuò)展等性能的影響。研究結(jié)果表明,對(duì)于受彎矩作用的雙段變截面h型鋼薄壁梁,其腹板寬厚比可盡量取大值;剪力對(duì)梁的相關(guān)屈曲性能影響很大,對(duì)主要受剪力作用的梁,要防止發(fā)生腹板局部屈曲;固接約束極大改善構(gòu)件性能。

對(duì)截面形式為ts40和ts61的19根550mpa高強(qiáng)冷彎薄壁型鋼帽形截面簡(jiǎn)支檁條進(jìn)行受彎試驗(yàn)分析其局部屈曲性能,并采用有限條程序cufsm對(duì)這兩種簡(jiǎn)支檁條局部屈曲應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算分析,計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值吻合較好。采用有限條程序?qū)γ毙谓孛媸軓潣?gòu)件的翼緣寬厚比、腹板翼緣寬度比、卷邊翼緣寬度比、腹板翼緣夾角等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析,結(jié)果表明腹板翼緣寬度比是影響帽形截面簡(jiǎn)支檁條受壓翼緣局部屈曲穩(wěn)定系數(shù)的重要因素。利用考慮板組相關(guān)的我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(gb50018-2002)和英國(guó)冷成型薄壁構(gòu)件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(bs5950-5:1998)對(duì)帽形截面簡(jiǎn)支檁條受壓翼緣局部屈曲穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析表明:我國(guó)規(guī)范在腹板翼緣寬度比小于1.5時(shí)偏于不安全,大于1.5時(shí)偏于保守,而英國(guó)規(guī)范相對(duì)比較安全。在參數(shù)分析的基礎(chǔ)上,提出了考慮板組相關(guān)的帽形截面簡(jiǎn)支檁條受壓翼緣彈性局部屈曲穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式,建議公式可供工程設(shè)計(jì)和修訂規(guī)范參考。

mbs?常用冷彎c型檁截面性能參考表 規(guī)格尺寸h×b ×t1×t2 截 面面 積 cm2 理 論重 量 kg/m 性能參數(shù) x-xy-y ix cm4 wxc m3 ix cm iy cm4 wymax cm3 wymin cm3 iy cm c100×40×20×2. 5 5.254.1278.815.73.8712.68.64.91.5 4 c100×50×15×2. 5 5.504.3188.017.64.0019.010. 9 5.81.8 5 c120×50×20×2. 5 6.254.90139. 0 23.14.7122.813. 1 6.91.9 0 c120×50×20×3. 0 7.105.57152. 1 25.34.6324.414. 3 7.41

防屈曲鋼支撐滯回性能有限元分析

以有限元分析軟件ansys為工作平臺(tái),基于非線性板殼有限元理論,采用殼單元對(duì)等截面h型鋼梁考慮雙重非線性的全過程分析,從而對(duì)其屈曲性能進(jìn)行深入的研究。通過變化構(gòu)件腹板、翼緣的殘余應(yīng)力峰值,從荷載-位移曲線、承載力、變形的發(fā)展等方面入手,分析了殘余應(yīng)力對(duì)等截面h型鋼梁屈曲性能的影響,獲得了一些有價(jià)值的結(jié)論。

通過試驗(yàn)研究了特高壓輸電塔塔身主材規(guī)格為l160×12、l160×14、l160×16的3種q420高強(qiáng)雙角鋼十字組合截面偏壓構(gòu)件的破壞模式,試驗(yàn)結(jié)果表明此種構(gòu)件均以整體彈塑性彎曲屈曲破壞為主?；诟倪M(jìn)逆算單元長(zhǎng)度法編制相應(yīng)程序,計(jì)算得到了這3種角鋼規(guī)格在不同長(zhǎng)細(xì)比并考慮殘余應(yīng)力情況下截面的彎矩軸力相關(guān)曲線,提出適用于此類截面形式的彎矩作用平面內(nèi)穩(wěn)定的建議計(jì)算公式及柱子曲線。引用的非線性冪函數(shù)模型能較好的反映此類偏壓構(gòu)件在等端彎矩受力作用下桿件端部彎矩與桿端轉(zhuǎn)角的彎矩轉(zhuǎn)角關(guān)系。

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拉條被廣泛用于增強(qiáng)冷彎薄壁檁條的側(cè)向剛度,現(xiàn)有方法常將其視為檁條的側(cè)向剛性支撐。然而研究表明,拉條連接位置附近檁條腹板的局部變形會(huì)顯著降低拉條對(duì)檁條的側(cè)向支撐作用,因而需采用拉條的有效剛度。為此,對(duì)在跨度兩個(gè)三等分點(diǎn)截面分別設(shè)置拉條的c形截面冷彎薄壁檁條的彎扭屈曲進(jìn)行研究,其中考慮拉條有效剛度的影響。首先,在現(xiàn)有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,提出了適用于設(shè)置兩根拉條的c型檁條的彎扭屈曲總勢(shì)能;其次,利用總勢(shì)能編制了有限元程序;然后,提出了設(shè)置兩根拉條的c型檁條彎扭屈曲臨界彎矩的計(jì)算式。最后利用ansys板殼單元和編制的有限元程序?qū)λ岢龅目倓?shì)能以及臨界彎矩計(jì)算公式進(jìn)行驗(yàn)證。

詳細(xì)介紹了利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件對(duì)一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且要求較高的冷彎型鋼的設(shè)計(jì)過程,并通過對(duì)一具體產(chǎn)品的設(shè)計(jì),說明了該軟件在生產(chǎn)實(shí)際中有較高的應(yīng)用價(jià)值。