摘要：本文控制多孔梁的开孔率和挖孔数量设计出四种孔型、两种腹板情况对其进行受力性能分析，通过三点加荷实验与ANSYS模型分析得到应力应变曲线图与应力云图，通过实验与拟合数据对比得出较优孔型与腹板形状。研究表明：在抛物线型、椭圆形、外六边形、内凹六边形四种孔型中，内凹六边在控制相关变量的情况下形变形最大，吸收能量较多，其他孔型相当，外六边孔型变形位移最小;在直腹板与正弦式腹板对比中发现，正弦式腹板稳定性远优于直腹板式。
　　关键词：多孔梁 孔型 正弦式腹板 稳定性 变形
　　引言：随着我国社会房地产市场的发展，高层建筑在现代城市发展中有着不可替代的位置。对于结构来说，钢结构不仅可以减轻自重，而且在材料的循环利用以及截面应力分布上都有独特优势，其中腹板因为在具备较薄的厚度的基础下可以提供较高的屈曲强度和平面外刚度。其中多孔梁的发展势头迅猛，针对不同施工条件，通过对孔状结构的合理设定及选择，在保证强度和稳定性的条件下优化孔型与增大开孔率以减小自重荷载，降低材料成本，增加安全系数;目前超高层建筑中因管道设备线路多埋设于梁下而占据了一定的层高，因此管道设备线路设置在钢梁的腹板可有效地减小层高，充分利用空间，于是多孔梁的研究和应用值得重视。
　　1.研究内容
　　本文在控制开孔率为53%的情况下制作挖孔数为10，长600mm，高113mm，宽30mm，腹板高98mm，厚6mm;翼缘宽30mm，厚7.5mm的工字钢。4种孔型分别为抛物线型、椭圆形、外六边形和内凹六边形。在静载三点弯曲实验中，直腹板多孔梁发生整体弯扭失稳，通过定载加荷得到应力-应变曲线，分析不同孔型多孔梁抵抗变形的能力，其中内凹六边形跨中孔上部应变最大，其他孔型相当。
　　
　　正弦式腹板多孔梁因制作工艺问题，采用3D打印技术使用PLA材料制作模型进行实验，得到压力-变形曲线，并利用ANSYS进行数据拟合。实验得到模型发生强度破坏，得到x方向正应力、yz面上切应力、变形形状、总体应变情况。大量实验数据分析得出椭圆形抵抗破坏的能力最强，内凹六边形变形最大。
　　有限元分析时，使用Beam单元，材料选用Q235钢材，弹性模量为2.06×108k N/m2，泊松比v=0.3。建模时不考虑残余应力和初始缺陷，边界条件设置为两端铰接，下翼缘两端UAll为0;上翼缘UX为0。对比发现，在控制其他变量只改变孔型的条件下，内凹六边形的变形位移和节点等效应力最大解最大，外六边形的变形位移和节点等效应力最大解最小，椭圆形和抛物线形结果相近。
　　2.孔型与腹板类型优缺点分析
　　工字钢腹板开孔会明显降低刚度，增大变形，降低承载力。但对于结构来说，不仅可以减轻自重，而且在材料的循环利用以及截面应力分布上都有独特优势，可较为充分的利用腹板屈曲后强度。在高层建筑中，相对于传统实腹梁，因为孔型的存在，预设的管道可与梁所在高度重疊，从而降低层高。在巨大的优势下，可根据实际情况选择是否使用多孔梁。
　　相比于其他孔型梁，外六边孔型多孔梁刚度大，整体挠度和变形小，适合用于对刚度要求较高的工厂吊车梁;内凹六边形挠度大，易发生弯扭失稳破坏，变形较大吸能多，适用于抗震要求高的建筑或构件，符合“墙柱弱梁”的概念要求，但因其刚度较小，在满足设计要求时造价较高;椭圆形于抛物线形效果差异不明显，相对于六边形不易出现应力集中现象。由于未考虑应力集中与初缺陷的影响，有限元分析结果与实际情况存在误差。
　　正弦式腹板极大地提高了多孔梁的整体稳定性，但在施工工艺与造价的方面付出了较大代价，因此需要进一步探讨正弦式腹板多孔梁是否具有实际使用的意义与价值。正弦式腹板的波曲起到了加劲肋的作用，但从试件制作难度和投入的多余成本与获得的结果与加劲肋梁相比是否存在优势，也需要大量实验得以论证。
　　结论：通过有限元分析与试验结果，最终得出：梁的腹板开孔会明显降低梁的承载力，定载下多孔梁有更大的变形。开孔类型也会对其受力性能产生影响，抛物线型、椭圆形、外六边形、内凹六边形四种孔型中内凹六边形在控制相关变量的情况下变形最大，吸收能量较多，其他孔型相当;在直腹板与正弦式腹板对比中发现，正弦式腹板稳定性优于直腹板式。通过分析不同孔型的破坏形式为不同实际情况提供最优孔型选择。
　　参考文献
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