腹板开孔钢梁受力性能及其补强研究

  第十三届全国现代结构工程学术研讨会腹板开孑L钢梁受力性能及其补强研究赵雪利宋旭林袁卫宁王玉凯( 长安大学建筑工程学院，西安710054)( 山东电力工程咨询院，济南250013)摘要：结合国内外现有的相关研究和觌范，本文研究了增设铺板对腹板开孔钢梁的受力性能的影响，并提出了不同开孔率下这种补强方法的有效范围。建立非线性三维有限元模型，并考虑梁的材料非线性和几何非线性的影响，对一组开孔钢梁进行了有限元分析，将所得结果与已有试验作对比，验证了该模型的准确性。在此基础上通过已建的模型对五组钢梁在增设铺板后的极限承载力做变参数分析，将所得结果进行对...

  第十三届全国现代结构工程学术研讨会腹板开孑L钢梁受力性能及其补强研究赵雪利宋旭林袁卫宁王玉凯( 长安大学建筑工程学院，西安710054)( 山东电力工程咨询院，济南250013)摘要：结合国内外现有的相关研究和觌范，本文研究了增设铺板对腹板开孔钢梁的受力性能的影响，并提出了不同开孔率下这种补强方法的有效范围。建立非线性三维有限元模型，并考虑梁的材料非线性和几何非线性的影响，对一组开孔钢梁进行了有限元分析，将所得结果与已有试验作对比，验证了该模型的准确性。在此基础上通过已建的模型对五组钢梁在增设铺板后的极限承载力做变参数分析，将所得结果作对比分析，进而提出了这种补强方法在不同开孔率下的有效范围，为以后的设计和研究分析提供参考。关键词：腹板开孔钢梁，有限元分析，增设铺板，极限承载力一、引言随时代的发展和我们国家的经济的实力的慢慢地加强，高层建筑钢结构加快速度进行发展，由于良好的经济效益，腹板开孑L钢梁受到了广泛关注。按照腹板孔上开孔形式的不同，可分为六边形、圆孔、椭圆孔和矩形孔钢梁，因开孔令其强度和刚度与粱自重的相对比值增加，使得这种钢梁受力性能更合理，经济性更好，腹板开孔钢梁便于穿越管道，以此来降低层高，使得这种结构具有较高的经济效益。虽然我国从八十年代开始对腹板开孔钢梁的强度、刚度和稳定能力等方面做了相关研究，其中以广西大学的苏益声教授为代表，他对圆孔和多边形孔钢梁的强度计算、挠度计算以及优化设计等方面都进行了深入的研究。但是这种钢梁的腹板开孔通常是不等间距、尺度不一、无规律地按需要设置，与普通钢梁差别较大，因此其受力性能较为复杂。目前腹板开孔钢梁在国内的工程应用不是很多，研究也不够深入，还没有一套完整的设计方法纳入相关规范，因此对腹板开孔钢梁还需迸一步的研究fl 2j 。有限元模型的建立与验证采用AN SYS软件提供的SH ELLl 81单元来模拟该梁，材料的非线性行为选用双线性等向强化模型B／SO模拟，利用AN SYS中的updategoem 命令对理想的有限元模型中引入了初始几何缺陷，对应的杨氏弹性模量( E) 取200GPa，泊松比是O ．3。为防止梁在集中荷载作用处发生局部破坏，加载位置和梁两端支承位置处分别设置了加劲肋，分析过程中采用分级加载，直至构件达到极限承载力状态，有限元模型如图1所示。本文选用文献[3】中Surtees J O 的试验进行AN SYS有限元模型的验证，试件的跨长三是5250m m ，采用热轧工字形钢焊接而成，该梁的圆孔直径D是375m m ，相邻孔洞中心线m m ，试件的上下翼缘每隔一米设置横向的水平支撑，在距离梁的支承端上，的位置对称施加两个集中荷载，试验中腹板的强度是392M Pa，翼缘强度是401M Pa，该蜂窝梁各个参数如下表1。表1腹板开孔钢梁的参数表( 单位：rai n)I试件梁长￡翼缘宽B梁高日翼缘厚t腹板厚S开孔数疗三，梁I5250141．858l8．66．4141575工业建筑2013增刊