腹板开洞钢梁新型洞口加强方法研究.pdf

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1、廖文远等：腹板开洞钢梁新型洞口加强方法研究腹板开洞钢梁新型洞口加强方法研究廖文远，周东华，李龙起，姚凯程(昆明理工大学建筑工程学院，昆明650500)【摘要】钢梁腹板开洞后，刚度和强度显著降低，在洞口周围设置加劲肋是常用的加强方法，现提出两种新型加强方式：人字形加劲肋和圆弧形加劲肋，通过有限元软件ANSYS对其力学性能进行非线性分析，并和几种常用的补强方式进行对比，得出结论：这两种新型加强方式都有明显的补强作用，为实际工程运用提供了合理建议。【关键词】腹板开洞；新型加强方法；an劲肋；有限元；非线性【中图分

2、类号1TU375．1【文献标识码lA【文章编号l1001—6864(2013)09—0069—03STUDY0lNNEWREⅡCEⅡTⅡ【111]lD0FSTEELBEAV门mWEB0PENⅡGLIAOWen-Yuan，ZHOUDong—hua，LILong—qi，YAOKai—cheng(FacultyofEngi．andArch．，KunmingUniv．ofScienceandTech．，Kunming650224，China)Abstract：Duetowebopening，stifnessands

3、trengthofsteelbeamdecreasedsignificantly．Thecommonreinforcementmethodissettingstiffenersaroundtheopeningsection．Thispaperpresenttwokingsofnewmethod：herringbonestifenershapeandcircular—arcstifenershape，thenonlinearanalysisismadeandtheFEAresultsofthetwometho

4、dandothercommonmethodiscompared．Drawsthecon—clusion：thetwonewmethodisefective，andsomereasonablesuggestionsareproposedforengineeringapplication．Keywords：webopening；newreinforcingmethods；stifeners；FEM；non—linear在多层或高层房屋设计中，采用腹板开洞的钢梁(BISO)，考虑大变形，采用VonMises屈服准

5、则，本构构件代替实腹梁构件，让各种管道或设备线路从腹板关系选用理想弹塑性模型(图2)。其中钢材的屈服强洞口处穿过，能减少管道设备对建筑空间的占用，可度为235MPa；弹性模量E。为2．06×10MPa；泊松以大大降低建筑结构的层高。因此，腹板开洞钢梁在比为0．3。实际工程中有非常广阔的应用。实验研究和有限元分析表明，由于洞口的存在削弱了钢梁截面，使得钢梁的刚度和承载力明显降低。目前国内外对腹板开洞钢梁的加强措施研究较多，最常用的洞口加强方法是在洞口周边设置加劲肋，这(a)人字形加劲肋在一定程度上提高了开洞钢

6、梁的承载力和变形能力，但是加劲肋较多会加大施工的难度。本文在传统加强方式(横向加劲肋和纵向加劲肋)的基础上，提出两种有效的新型洞口加强方式，人字形加劲肋和圆弧形加劲肋(图1)，并利用有限元软件ANSYS对其力学性能进行分析，检验其补强效果。(b)圆弧形加劲肋1有限元模型图1两种开洞钢粱加强方式1．1单元类型及材料性质钢梁上、下翼缘均采用SOLID45单元模拟，钢梁1．2建模与验证腹板则采用PLANE42单元模拟，加劲肋采用SHELIA3首先需要验证所使用的建模方法是否可以得到单元模拟。钢梁、加劲肋均采用双线

7、性等向强化模型正确的结果，为此，使用文献[2]中的一组实验数据作廖文远等：腹板开洞钢梁新型洞口加强方法研究71度曲线见图8，极限荷载值和对应挠度值见表2。曩枢(a)人字形加劲肋跨中挠度／ram图8不同洞口加强方式钢梁荷载一挠度曲线(b)圆弧形加劲肋图9两种加强方式洞口区域主应力迹线表2各种加强方式的极限荷载及跨中挠度(3)图8为人字形和圆弧形两种加强方式洞口处的主应力迹线分布，从图中可以看出主应力的分布情况以及剪力在洞口处的传递路径。如图所示，两种加强方式在洞口区域都形成了与桁架相似的拉一压杆模型，洞口下方

8、钢梁为拉杆，上方钢梁为压杆，人字形或圆弧形加劲肋为斜腹杆，是一种合理的受力模式。3结语(1)洞口设置加劲肋可有效缓解开洞区域应力集中现象，在一定程度上提高了开洞钢梁的承载力，其中人字形受力最为合理，承载能力提高最大，且略高于井字形加劲肋；圆弧形加劲肋承载能力也有明显的提高，略低于井字形加劲肋；所以，从承载力上看，这两种加强方式都可以满足实际工程需要。从以上计算结果中可以看出：(2)从变形能力上看，人字形加劲肋和圆