腹板开孔冷弯薄壁C形构件承载性能研究

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冷弯薄壁型钢建筑近年来在我国开始进行大力地推广,其建造快、造价低等优点受到广大群众的青睐。为便于水电暖通管道的安装,需在冷弯薄壁型钢构件腹板开设孔洞,而目前我国规范对于腹板开孔的冷弯薄壁型钢承载力还没有具体的计算公式条文,仅采用构造方式进行规定,因此对此类腹板开孔的高强超薄冷弯薄壁型钢构件承载能力研究具有的重要学术意义和工程价值。本文通过试验与有限元结合的方法,对轴向荷载作用下未开孔构件与开孔构件的破坏机理和承载能力进行了比较,进而根据实际测得的材料参数,考虑最不利初始几何缺陷,研究开孔参数对于构件轴压承载性能的影响,提出相应的轴压承载力折减系数计算建议。此外,对楼盖桁架梁中同时承受轴向荷载与腹板上横向均布荷载的腹板开孔压弯构件,以及墙架体系中同时承受轴向荷载与翼缘上横向均布荷载的压弯构件进行了研究,讨论开孔参数的影响。主要完成了以下几方面的工作:(1)进行了11根无孔与腹板开孔的LQ550高强冷弯薄壁C形构件的轴压试验,分析在短、中、长柱中不同孔洞数目、不同开孔尺寸对轴压承载力的影响。试验结果表明,开孔会降低构件的承载力,开孔数目越多,承载力越低。试验中出现三种屈曲模式,分别为腹板与翼缘局部鼓曲屈曲;翼缘与卷边畸变屈曲与腹板局部鼓曲的相关屈曲;翼缘与卷边畸变屈曲、腹板局部鼓曲及绕弱轴整体弯曲的相关屈曲。(2)根据实测构件的材料性能与尺寸建立有限元模型,对试验过程进行模拟,验证了有限元建模和分析技术的可靠性。进而采用经过验证的有限元方法探寻最不利初始缺陷,发现构件的最不利初始几何缺陷形式为复合I型畸变变形、腹板局部鼓曲与绕弱轴的整体弯曲变形的初始几何缺陷形态。考虑此初始几何缺陷,对开孔形式、开孔尺寸、开孔数目、开孔位置与开孔间距对构件轴压承载力的影响进行研究,结果表明开孔形式无明显影响;开孔尺寸与开孔数目越大,构件的承载力越低;开孔位置与开孔间距对承载能力的影响较小;根据试验和有限元计算结果提出了考虑开孔影响的轴压承载力折减系数计算公式。(3)采用有限元方法,考虑最不利初始几何缺陷,对受轴向荷载与腹板上横向均布荷载的构件进行开孔影响分析。结果表明,构件易发生翼缘与卷边组合板件O型畸变屈曲、腹板局部鼓曲与绕弱轴整体弯曲的相关屈曲破坏形式。构件的承载力随着开孔尺寸增大或开孔数目增加而明显降低;开孔位置及开孔间距对构件的承载力影响较小。(4)采用有限元方法,对受轴向荷载与翼缘上横向均布荷载的构件进行开孔影响分析。构件的承载力随着开孔尺寸增大或开孔数目增加而明显降低;开孔位置处于跨中与四分之一截面之间构件承载力相对较低,且开孔间距较小使得多孔集中于构件跨中与四分之一截面之间时承载力相对较低。
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