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1、第42卷第2期Vol.42，No.22016年4月SichuanBuildingMaterialsApril，2016轻钢结构防止局部屈曲的加固分析孙觅(中国建筑西南设计研究院有限公司,四川成都610042)摘要:常用的局部屈曲计算方法主要有有限元法、1．2边界条件及加载方式的处理有限条法、近似解法以及广义梁理论。本文采用有限元程槽钢两端与端板,槽钢与隔板之间采用Tie的处理方序ABAQUS对受压卷边槽钢进行线弹性畸变屈曲分析,在式[4],对于两端的边界条件,刀口支座与端板的接触可以此基础上,对加设隔板加固方式的效果进行分析比较。结简
2、化为一条很窄的面,为了实现铰接的边界条件,在加载果表明,在相同的间距布置下,加设隔板对受压卷边槽钢端约束接触线上所有节点x、y方向(见图2a)上的平动自由的屈曲荷载提高较大。经过对比,当采用矩形隔板,在1/2度,在另外一端约束接触线上所有节点x、y、z(见图2a)半波间距布置隔板时,为最经济有效的布置方式。方向上的平动自由度。关键词:轻钢;有限元;线弹性分析;局部屈曲;加固由于ABAQUS中不方便施加线荷载,对加载方式进行中图分类号:TU352.11文献标志码:B了适当的简化,采用集中力加载。在进行线弹性分析时,文章编号:1672-4
3、011(2016)02-0055-02加载方式不同对分析结果的影响较小(＜2%)。DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2016.02.0282加设隔板提高卷边槽钢畸变屈曲承载力1卷边槽钢的有限元建模为提高卷边槽钢的畸变屈曲荷载,如果采用限制截面1．1截面尺寸及模型参数的确定尺寸的方法,将影响其适用性与经济性。针对卷边槽钢畸轴心受压情况下,为保证卷边槽钢最终呈现畸变屈曲,变屈曲时的变形特点,在腹板与翼缘相交棱线处增设隔板[2]通过对已有研究成果以及有限元的初步模拟确定截面尺寸的措施可有效提高其承载力。隔板沿着槽钢长
4、度方向,为:腹板高×翼缘宽×卷边高×板厚=120×100×12×1.5在一倍畸变屈曲半波长(约650mm)、1/2半波长、1/3半波(mm)。槽钢长度由畸变屈曲卷边槽钢的半波长λ确定,根长处设置。设计了3种形式的隔板(见图2b～2d):三角形[1]据Lau和Hancock公式:60×50×1.5(mm)、梯形100×60×12×1.5(mm)和矩形20.25Ihb120×100×1.5(mm)。隔板布置见图2e。λ=4.8(x)(1)3t2．1隔板形式对畸变屈曲的影响式中,Ix为翼缘与卷边部分截面对x轴的惯性矩(图在1/2半波长处布置
5、隔板的情况下,不同形式的隔板31b),Ix=at(4+a/b)/[12(1+a/b)];h为腹板高度;b为翼对槽钢畸变屈曲荷载的提高效果见表1。缘宽度;a为卷边高度;t为壁厚。将h=120mm、b=100mm、a=12mm、t=1.5mm代入,可得λ=622mm。为了得到一个完整的屈曲波形,槽钢长度最少为622×2=1244mm,考虑端板约束的影响,取卷边槽钢长度为1500mm。5卷边槽钢材料特性:弹性模量E=2.06×10MPa,泊松比v=0.3。为便于加载,在槽钢两端设置端板,端板尺寸为:150×150×15mm。端板的材料特性和
6、卷边槽钢相[2]同。计算模型见图1。图2隔板设置方法示意图表1隔板形式对畸变屈曲荷载的影响(a)卷边槽钢(b)简化模型―翼缘与卷边三角形隔板梯形隔板矩形隔板图1计算模型隔板形式无隔板(图2b)(图2c)(图2d)本文中对卷边槽钢板件的模拟采用S4R壳体单元,对63.68263.70576.062屈曲荷载/kN57.956端板的模拟采用C3D8R实体单元,可以使对位移的求解结(9.88%)(9.92%)(31.24%)果较为精确,网格存在扭曲变形时,分析精度不会受到大屈曲模式畸变屈曲畸变屈曲畸变屈曲畸变屈曲[3]注:括号内为设置隔板后屈
7、曲荷载提高的百分数。的影响。网格均划分为10×10mm,与网格划分为5×5mm的计算可以看出,设置隔板以后,基本屈曲模式没有改变,结果相差不到3%。为节约计算时间,采用10×10mm网格。仍然是畸变屈曲,但是,畸变屈曲的位置发生了变化,屈曲半波数由两个变为四个(见图3),提高了卷边槽钢的屈曲作者简介:孙觅(1983-),男,四川达州人,工程师,主要从事建筑结(下转第57页)构设计工作。·55·第42卷第2期Vol.42，No.22016年4月SichuanBuildingMaterialsApril，2016边通过,部分纵向钢筋绕过型
8、钢翼缘在柱内型钢腹板上预量少采用。留穿孔。这种形式能保证梁纵筋的贯通和锚固,也不会造7总结成翼缘的截面损失,宜优先采用。3)型钢混凝土节点采用部分纵筋穿过翼缘,部分采用型钢混凝土中型钢与混凝土两种不同的材料共同工作连接套
