張俊杰 周鳳林 張秋媛

冷彎薄壁型鋼是一種輕型材料，由于具有卓越的結(jié)構(gòu)性能和延性而廣泛地運(yùn)用于房屋建筑。它通過(guò)改變截面形狀用相對(duì)較少材料承受較大的外載，承載力高，整體剛度較大，可以節(jié)省材料，在建筑業(yè)中被廣泛地應(yīng)用于次要承重構(gòu)件，如我們所熟悉的檁條、墻梁、墻柱、屋面板、墻面板及樓面組合板。近年來(lái)，鋼結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)獲得超常規(guī)發(fā)展，應(yīng)用更趨廣泛，影響快速擴(kuò)大。國(guó)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)學(xué)科的發(fā)展得到了強(qiáng)有力的推動(dòng)，并成為結(jié)構(gòu)工程最具活力的研究對(duì)象。冷彎型鋼結(jié)構(gòu)在許多實(shí)際工程中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

由于以往關(guān)于冷彎型鋼梁柱節(jié)點(diǎn)的研究主要集中在強(qiáng)度和剛度計(jì)算上，對(duì)該種節(jié)點(diǎn)抗震性能的研究較少。為此，為了準(zhǔn)確的研究冷彎型鋼的力學(xué)性能以及各種截面的型鋼對(duì)其力學(xué)性能的影響，本文主要針對(duì)目前國(guó)內(nèi)使用最廣泛的C型鋼，Z型鋼進(jìn)行了分析，采用有限元軟件用數(shù)值模擬方法對(duì)冷彎C型鋼梁、Z型鋼梁在外荷載作用下的綜合力學(xué)性能進(jìn)行分析，研究不同截面形狀對(duì)構(gòu)件的剛度有較大影響，在相同荷載作用下不同形狀的梁受力特性分析。

1 模型說(shuō)明

取長(zhǎng)度為2.1 m的梁，截面考慮C型鋼，Z型鋼兩種截面，每種截面又分別考慮3種規(guī)格。為了保證截面的單位用鋼量相等，在選取截面的時(shí)候兩種截面選擇相同的截面面積。同時(shí)，每一種截面的型鋼選取三種同截面積不同的高寬比，用于研究同種截面型鋼的力學(xué)性能差異，具體見(jiàn)表1。

表1 兩種型鋼截面形狀參數(shù) mm

參照實(shí)驗(yàn)時(shí)的三點(diǎn)荷載施加方法，施加如下邊界條件:在梁的上表面中部均勻加Y方向大小為12 000 N的力，均勻加在12個(gè)節(jié)點(diǎn)上，該荷載作用下梁進(jìn)入塑性變形階段。左右兩端約束x，y，z三個(gè)方向的平動(dòng)自由度，具體模型見(jiàn)圖1。

2 有限元模型計(jì)算及分析

采用有限元軟件用數(shù)值模擬方法對(duì)冷彎C型鋼梁、Z型鋼梁在外荷載作用下的綜合力學(xué)性能進(jìn)行分析，本文選取了表1中所示的算例進(jìn)行有限元計(jì)算分析，模擬兩種截面的型鋼在受力之后的力學(xué)性能表現(xiàn)，制作應(yīng)力效果對(duì)比見(jiàn)圖2～圖4。模擬型鋼變形最大處(加力點(diǎn))的位移和力的關(guān)系曲線見(jiàn)圖5，圖6。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)有限元模擬發(fā)現(xiàn)，相同截面面積的梁，在相同的外力情況下，Z型鋼受力特性比C型鋼受力點(diǎn)處位移有較大差別，Z型鋼產(chǎn)生的內(nèi)力比C型鋼產(chǎn)生內(nèi)力要小一些，且Z型鋼產(chǎn)生的位移變形比C型鋼產(chǎn)生位移變形要小一些。

同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)兩種截面與受力點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下表面點(diǎn)變形均勻，截面高度越高，位移值越小。如果希望整個(gè)梁受力均勻，可以在梁的內(nèi)部添加支撐。

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