开孔冷弯薄壁卷边槽钢柱轴压性能的试验研究

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1、华南理工大学学报(自然科学版)JournalofSouthChinaUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition)文章编号：1000-565X(2011)09-0061-07开孔冷弯薄壁卷边槽钢柱轴压性能的试验研究姚永红武振宇成博邓君宝（哈尔滨工业大学土木工程学院，黒龙江哈尔滨150090）摘要：为研究腹板开孔具中间加劲肋的冷弯薄壁卷边槽钢构件的受压性能，对两种截面形式的短柱和中长柱共计16根轴压构件的承载力和屈曲模式进行了试验分析•结果表明：所有试件均发生畸变屈曲失效，中长

2、柱试件还伴随有绕弱轴的整体弯曲；腹板孔洞导致构件屈曲模式发生变化，孔洞周边板件有局部屈曲产生；孔洞的存在使试件承栽力降低,短柱试件承栽力的减小幅度比中长柱试件的大；同组试件中畸变初始缺陷大的，一般承栽力校小，畸变变形偏大；极限承裁力下开孔构件的畸变变形一般大于未开孔构件.文中还对所有试件进行了有限元模拟，发现有限元分析结果与试验值吻合校好.关键词：冷弯薄壁型钢；卷边槽形截面；开孔；试验研究；畸变屈曲；有限元法中图分类号：TU392.1doi：10.3969/j.issn.1000-565X.2011.09.OH收稿日期

3、：2011-04-19*基金项目：国家“十一五”科技支撑计划项目（2006BAJ01B02-01-04）作者简介：姚永红（1982-），男，博士生，主要从事钢结构研究.E-mail：yaoyonghongl982@163.com在冷弯薄壁型钢房屋建筑中，为方便管道、电线等设施通过，往往在墙立柱腹板上开设单个或多个孔洞货架结构中，为便于组装，在货架立柱腹板上开有各种形式且沿构件长度连续分布的孔洞.孔洞的出现改变了构件的应力分布，从而导致其屈曲模式发生改变•孔洞的尺寸、形状及位置，截面的几何构造及所用材料的力学性能，对开孔

4、构件的极限承载力及屈曲失效模式有着重要的影响•以前的研究主要集中在孔洞对构件局部屈曲及整体稳定承载力的影响上a%】.近年来，一些学者发现畸变屈曲也是冷弯薄壁型钢构件的一个重要屈曲失效模式，因而开展了孔洞对构件畸变屈曲承载力影响的研究.Moen等厅对腹板开有单个槽形孔洞的冷弯薄壁型钢C形截面短柱和中长柱的畸变屈曲开展了试验和理论研究，发现孔洞对试件的极限承载力及屈曲模式都有影响.对于腹板宽厚比较大的卷边槽钢C形截面，常在腹板上设置加劲肋以减小板件的宽厚比，提高构件的局部屈曲承载力.以往研究表明⑷，这种构件由于腹板加强，更

5、易发生畸变屈曲•当然，板件上的孔洞对这类构件的屈曲模式也会产生影响，但目前孔洞对这类构件畸变屈曲承载性能影响的相关文献较少，因此开展腹板孔洞对加劲冷弯薄壁卷边槽钢受压构件承载力及屈曲模式影响的研究，对这种构件的受力性能分析和实际工程应用具有一定的理论意义和实用价值.文中对腹板开孔V形加劲冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压柱的承载力及屈曲模式进行了试验研究,试件分腹板开孔和未开孔两种类型，共计进行了8根短柱和8根中长柱的试验.1试验概况1.1试验试件试件采用Q345热轧钢板，用数控折弯机弯折成型•试验前对试件截面进行了详细的设计,

6、使构件发生畸变屈曲.为分析孔洞率对构件极限承载力的影响，腹板选取两种宽度，其名义宽度为190和230讪・翼缘和卷边名义宽度分别为75和20mm,加劲肋名义高度为15mm.用有限元和有限条软件对选取的截面进行弹性屈曲分析，短柱长度近似取构件临界畸变屈曲半波长度700m叫中长柱为1400mm.试件两端磨平后各焊有10mm厚的端板,端板四周尺寸均比构件截面大25mm.为区分不同类型的试件，按图1所示的规则对构件进行编号处理，其中试件长度和腹板宽度单位均为mm.各试件截面尺寸用游标卡尺测量,每种尺寸在不同位置处测量3次后取卩均

7、值•各儿何参数符号的定义如图2所示,孔洞位置及尺寸定义如图3所示，截面详细数据见表1•其WK为未开扎试件试件长度SK为开孔试件LdiHnin加板宽度相同试件编号图1试件编号规则Fig.1Specimenlabelingrule图2试件截面Fig.2Sectionofspecimens（。孔洞位置（b）孔洞尺寸图3孔洞位置及尺寸参数Fig.3Holelocationanddimension中厶为柱长，孔洞尺寸心为38.2mm,人为101.6mm,试件实际厚度t为2.98mm,截面弯曲内径r为3.0mm.为使试件有对比性

8、，相同尺寸构件均加工两个.为得到构件材料的力学性能，在截面腹板和翼缘处取3个材性试验标准件•试件尺寸和材性试验方法均按GB/T228-2002《金属材料-宅温拉伸试验方法》的规定进行，所得结果为屈服强度/；=363.0MPa,抗拉强度九=508.68MPa，泊松比“二0.303,弹性模址E=203170MPa,断后延伸率5二25.