懸臂楔形蜂窩工字鋼構(gòu)件靜力和滯回性能研究.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟的快速增長，輕型鋼結(jié)構(gòu)在我國獲得了很大的發(fā)展，輕型鋼結(jié)構(gòu)已廣泛應用于各類建筑中，其中門式剛架結(jié)構(gòu)更是一種常用的結(jié)構(gòu)形式。在門式剛架中楔形構(gòu)件截面變化形式接近于荷載作用下的彎矩圖，節(jié)約材料，可以提高構(gòu)件的抗彎強度和剛度，具有很大優(yōu)越性。因為H型鋼具有良好的受力特性，在我國已獲得廣泛的應用，除用其制作成等截面門式剛架的梁柱外，也常采用二次直線切割，再組焊成實腹楔形截面，用作變截面門式剛架的梁柱構(gòu)件。 本文提出通過對H型鋼

2、進行特殊地二次切割，適當?shù)馗淖兦懈钔緩胶徒M合方式，組合成楔形蜂窩構(gòu)件。楔形蜂窩構(gòu)件具有楔形構(gòu)件和蜂窩梁所具有的共同優(yōu)點，具有加工簡單，受力合理，構(gòu)件抗彎強度和剛度有很大提高，孔洞還可以用來穿過管線等優(yōu)點。由于目前在國內(nèi)外尚沒見到有關(guān)此類構(gòu)件靜、動力工作性能的研究工作報道，因此開展對楔形蜂窩構(gòu)件在靜力荷載作用下的穩(wěn)定性和承載力以及循環(huán)往復荷載作用下的滯回性能研究，具有很重要的理論和實用意義。 本文利用ANSYS有限元程序?qū)Σ煌锥?/p>

3、大小、不同間距、不同長細比和不同楔率的懸臂楔形蜂窩構(gòu)件進行研究，研究構(gòu)件在靜力軸壓、彎曲和壓彎荷載作用下的性能。在分析中考慮了材料非線性，幾何非線性，殘余應力和初始彎曲的影響。根據(jù)有限元分析，擬合出懸臂楔形構(gòu)件計算長度系數(shù)公式。分析表明當其它參數(shù)相同時，構(gòu)件的承載力隨孔的增大而減小。當中部截面、開孔大小和間距相同時，名義長細比較小時，楔形蜂窩軸壓構(gòu)件的承載力隨楔率增大而減??；當名義長細比較大時，構(gòu)件的承載力隨楔率增大而增大。 構(gòu)

4、件中部截面的開孔率，可以反映孔對構(gòu)件的整體影響，但當楔形蜂窩構(gòu)件開大小相等的六邊形孔時，構(gòu)件小頭的凈截面面積削弱甚多，因此應對構(gòu)件小頭的開孔率適當限制。本文建議當名義長細比較大時，構(gòu)件由開孔引起的承載力下降較小可以適當放大開孔率到0.4左右，名義長細比較小時，開孔率控制在0.3以內(nèi)。一般楔率大時，六邊形邊長應該控制在小頭高的0.3。當楔率α≤2％時，可控制在小頭高0.2-0.3。楔率小時，開孔率對其經(jīng)濟性影響最為明顯，建議取大開孔率。

5、 懸臂楔形蜂窩構(gòu)件的抗彎承載力隨著楔率增大而增大，同時，隨著孔洞的增大而減小，但孔洞大小和間距對抗彎承載力影響很小?？箯澇休d力主要取決于構(gòu)件大頭的截面積。楔形蜂窩受彎構(gòu)件橫截面的應力應變分布由于孔洞存在使某些部位存在嚴重的應力集中，其受力機理不再符合傳統(tǒng)的彎曲理論。根據(jù)塑性區(qū)域的應力應變分析，當楔率較小時，楔形蜂窩受彎構(gòu)件可以近似采用塑性鉸模型。 懸臂楔形蜂窩壓彎構(gòu)件在孔洞大小相等，楔率相等的條件下，隨著名義長細比的增加，

6、構(gòu)件的N/Ny逐漸減小?？梢岳肕-N相關(guān)方程，對楔形蜂窩壓彎構(gòu)件進行設(shè)計分析。當軸壓比較小時，楔形蜂窩壓彎構(gòu)件可以近似的采用塑性鉸模型。當軸壓比較大時，利用塑性鉸模型分析是不合適的。 對楔形蜂窩壓彎構(gòu)件平面內(nèi)循環(huán)荷載作用下的性能進行了計算和分析，獲得了在平面的滯回性能和骨架曲線。構(gòu)件軸壓比變化對楔形蜂窩壓彎構(gòu)件性能的影響主要表現(xiàn)為構(gòu)件的極限承載力隨著軸壓比的增大迅速降低；當軸壓荷載一定時，在循環(huán)荷載的作用下，懸臂楔形蜂窩構(gòu)件的

7、骨架曲線與構(gòu)件大頭的高度關(guān)系較大，根部的孔過大時也會使構(gòu)件循環(huán)荷載作用下的承載力下降速度加快。 提出了等孔與變孔楔形蜂窩試驗構(gòu)件的切割與加工方法，進行了構(gòu)件的試驗研究。通過對不同楔率和開孔率的楔形蜂窩構(gòu)件試驗，發(fā)現(xiàn)靜力下的楔形蜂窩壓彎構(gòu)件有限元的計算結(jié)果與試驗結(jié)果比較接近。懸臂楔形蜂窩構(gòu)件的極限承載力和剛度主要取決于構(gòu)件大頭的高度，但根部的孔過大時也會使構(gòu)件承載力降低。在循環(huán)荷載的作用下，有限元方法的計算結(jié)果的骨架曲線與試驗結(jié)果