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)計算,截面大多達不到完全有效,需對其作屈曲后的強度計算。而翼緣非全部有效的卷邊槽鋼、z形鋼毫無對稱性,使應(yīng)力分析計算十分復(fù)雜。本文針對承受重力荷載檁條的特點,論證畸變屈曲對設(shè)計不起控制作用,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。提出的公式既可簡化計算,又可節(jié)省鋼材。

針對冷彎薄壁c型鋼受彎時畸變屈曲的模態(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,并對不同隔板布置方式以及隔板形式對畸變屈曲荷載影響的效果進行有限元分析。

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

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，對此作給出以下見解供參考： 冷彎型鋼是一種經(jīng)濟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： 1．截面經(jīng)濟合理，節(jié)省材料。冷彎型鋼的截面形狀可以根據(jù)需要設(shè)計，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)機械和車輛可節(jié)約金屬15-60%。方便 施工，降低綜合費用。 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,重點研究了腹板寬厚比、腹板楔率、翼緣寬厚比、長細比等參數(shù)對板件局部屈曲與構(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算方法。著重闡述非對稱彎曲狀態(tài)下,直邊橫截面上壓力的計算公式。文中介紹的公式,是型鋼冷彎成型工藝計算力能參數(shù)的基本依據(jù)。

采用有限元軟件abaqus對卷邊z型鋼梁進行線彈性畸變屈曲分析,針對其畸變屈曲模態(tài),在沿梁的長度方向加設(shè)一定數(shù)量的連桿或隔板來防止畸變屈曲的發(fā)生。通過有限元對加固后的z型鋼梁進行分析,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,對畸變屈曲性能進行模擬分析,并與c型鋼構(gòu)件模擬結(jié)果進行對比分析,得出截面加勁時臨界荷載增大及最大變形減小的趨勢和效果。通過對7種加勁尺寸c型鋼構(gòu)件的數(shù)據(jù)分析,得出相對合理的加勁區(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(報批稿)對文獻[2]的18根冷彎型鋼純彎構(gòu)件畸變屈曲極限承載力進行了計算分析。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、墻面圍護材料組成墻面材料不僅是建筑的需要,同時也能在一定程度上對墻體立柱提供有效的支承作用通過簡化推導(dǎo),建立起了考慮墻板的支承效應(yīng)時墻體立柱的力學(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支、兩端固定、一端固定一端自由和一端簡支一端固定等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)形式的表達式,可供設(shè)計、研究參考

采用ansys軟件中的板殼元,考慮雙重非線性,對梁端受等彎矩、不等同號彎矩、不等異號彎矩和梁上均布荷載和兩端簡支與固接情況下雙段變截面h型鋼梁進行了全過程分析,并同時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刻的構(gòu)件整體與局部變形形態(tài),對比分析了不同荷載工況對雙段變截面梁的承載力、整體剛度、相關(guān)屈曲、塑性擴展等性能的影響。研究結(jié)果表明,對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;剪力對梁的相關(guān)屈曲性能影響很大,對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。

對截面形式為ts40和ts61的19根550mpa高強冷彎薄壁型鋼帽形截面簡支檁條進行受彎試驗分析其局部屈曲性能,并采用有限條程序cufsm對這兩種簡支檁條局部屈曲應(yīng)力進行計算分析,計算結(jié)果與試驗值吻合較好。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)進行計算分析,結(jié)果表明腹板翼緣寬度比是影響帽形截面簡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)和英國冷成型薄壁構(gòu)件設(shè)計標準(bs5950-5:1998)對帽形截面簡支檁條受壓翼緣局部屈曲穩(wěn)定系數(shù)進行計算分析表明:我國規(guī)范在腹板翼緣寬度比小于1.5時偏于不安全,大于1.5時偏于保守,而英國規(guī)范相對比較安全。在參數(shù)分析的基礎(chǔ)上,提出了考慮板組相關(guān)的帽形截面簡支檁條受壓翼緣彈性局部屈曲穩(wěn)定系數(shù)計算公式,建議公式可供工程設(shè)計和修訂規(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,基于非線性板殼有限元理論,采用殼單元對等截面h型鋼梁考慮雙重非線性的全過程分析,從而對其屈曲性能進行深入的研究。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)力對等截面h型鋼梁屈曲性能的影響,獲得了一些有價值的結(jié)論。

通過試驗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高強雙角鋼十字組合截面偏壓構(gòu)件的破壞模式,試驗結(jié)果表明此種構(gòu)件均以整體彈塑性彎曲屈曲破壞為主。基于改進逆算單元長度法編制相應(yīng)程序,計算得到了這3種角鋼規(guī)格在不同長細比并考慮殘余應(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顯著降低拉條對檁條的側(cè)向支撐作用,因而需采用拉條的有效剛度。為此,對在跨度兩個三等分點截面分別設(shè)置拉條的c形截面冷彎薄壁檁條的彎扭屈曲進行研究,其中考慮拉條有效剛度的影響。首先,在現(xiàn)有文獻的基礎(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能;其次,利用總勢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岢龅目倓菽芤约芭R界彎矩計算公式進行驗證。

詳細介紹了利用計算機輔助設(shè)計軟件對一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜且要求較高的冷彎型鋼的設(shè)計過程,并通過對一具體產(chǎn)品的設(shè)計,說明了該軟件在生產(chǎn)實際中有較高的應(yīng)用價值。