探究裝配式落地鋼板圓筒倉模型多階變截面加勁肋的設(shè)計(jì)方案

陳思源 李 沖

(河南工業(yè)大學(xué) 450001)

探究裝配式落地鋼板圓筒倉模型多階變截面加勁肋的設(shè)計(jì)方案

陳思源 李 沖

(河南工業(yè)大學(xué) 450001)

與以往所使用的傳統(tǒng)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)相對(duì)比，鋼板筒倉結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)點(diǎn)，包括小占地面積、大存儲(chǔ)數(shù)量、便捷的存取方式以及方便的機(jī)械化作業(yè)和較短的施工周期等。近幾年的時(shí)間里，我國的鋼產(chǎn)量正在逐漸的增多，鋼結(jié)構(gòu)也因其自身包括抗震性能強(qiáng)、自重較輕以及方便施工等多方面的特征而被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)中，特別是倉儲(chǔ)建筑，在對(duì)其進(jìn)行施工的過程中應(yīng)用了大量的鋼板筒倉結(jié)構(gòu)。然而該結(jié)構(gòu)具有非常復(fù)雜的受力機(jī)理，需要我們對(duì)其受力性能進(jìn)行更深一步的研究與探索。為此，本文將以裝配式落地鋼板圓筒倉模型為例，對(duì)其多階變截面加勁肋的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)的分析。

落地鋼板圓筒倉模型；裝配式；多階變截面加勁肋；設(shè)計(jì)方案

在冷成型的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，其截面的板件寬厚比通常都是非常大的，在壓力的作用下這種板件容易出現(xiàn)局部屈曲的現(xiàn)象，從而對(duì)構(gòu)件承載產(chǎn)生影響，使其效率出現(xiàn)降低的現(xiàn)象。對(duì)截面板件中間和邊緣兩個(gè)位置進(jìn)行加勁肋的設(shè)置，可以對(duì)其所具有的綜合剛度進(jìn)行提升，使其寬厚比變小，進(jìn)而對(duì)截面板件的極限承載能力及彈性屈曲應(yīng)力進(jìn)行促進(jìn)與提高。

一、對(duì)變截面加勁肋進(jìn)行計(jì)算的相關(guān)概述

通常情況下，對(duì)筒倉復(fù)板平面之外的整體穩(wěn)定情況進(jìn)行驗(yàn)算需要根據(jù)軸心受壓柱利用支承加勁肋來進(jìn)行，以加勁肋及其范圍在的兩側(cè)腹板作為柱截面。支承加勁肋的形狀是梯形的，而不是通常我們所使用的矩形加勁肋，因此需要對(duì)計(jì)算過程進(jìn)行簡(jiǎn)化，將軸心受壓柱作為變截面的軸心受壓柱。

柱截面具有非常劇烈的變化，所以我們?cè)趯?duì)復(fù)板平面之外的受壓柱穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)，需要對(duì)繞X軸截面的柱截面貫距大小進(jìn)行確定。計(jì)算之后可以得知，7.1×10-3m4為繞X軸截面的柱底截面的貫距，8.88×10-5m4為繞X軸截面的柱頂截面的貫距，與柱頂截面的貫距相比，柱底4截面的貫距要大80倍；2.14×105mm2為柱底截面的面積，5.76×104mm2為柱頂截面的面積，與柱頂截面的面積相比，柱底截面的面積要大3.7倍。

對(duì)截面軸心受壓柱穩(wěn)定情況進(jìn)行計(jì)算的公式為N/ФA小于等于f，其中N表示壓桿所需要承受的軸心壓力，Ф表示軸心受壓桿穩(wěn)定的系數(shù)，A表示壓桿毛截面的面積，f表示壓桿的鋼材設(shè)計(jì)強(qiáng)度。計(jì)算過程需要根據(jù)“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范”來進(jìn)行，但是其中卻沒有具體的計(jì)算方法。若是根據(jù)小截面進(jìn)行簡(jiǎn)化形成等截面壓桿，那么與實(shí)際的臨界壓力相比，計(jì)算所得的臨界壓力較小，這就會(huì)在一定程度增加截面，造成材料的浪費(fèi)，使結(jié)構(gòu)自重增加；若是根據(jù)大截面進(jìn)行簡(jiǎn)化形成等截面壓桿，那么與實(shí)際的臨界壓力相比，計(jì)算所得的臨界壓力則較大，會(huì)在一定程度上影響結(jié)構(gòu)的安全性能。因此，對(duì)變截面壓桿所具有的臨界壓力進(jìn)行準(zhǔn)確的確認(rèn)，可以為結(jié)構(gòu)的安全性能提供保證，并且能夠?qū)崿F(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)效益。

二、采用當(dāng)量長(zhǎng)度方法對(duì)筒倉結(jié)構(gòu)變截面加勁肋進(jìn)行設(shè)計(jì)

我們假設(shè)筒倉結(jié)構(gòu)變截面加勁肋的兩根軸心壓桿所具有的彈性模量是一樣的，按照歐拉公式對(duì)它們的臨界荷載進(jìn)行計(jì)算，公式為L(zhǎng)1等于的平方根乘以L2。在實(shí)際的計(jì)算過程中需要把變截面的壓桿分成若干段，然后對(duì)其進(jìn)行逐一的簡(jiǎn)化并作為截面壓桿使用。選擇一個(gè)截面作為基準(zhǔn)截面，將每一段截面壓桿進(jìn)行基準(zhǔn)截面的轉(zhuǎn)化之后根據(jù)上述公式進(jìn)行當(dāng)量長(zhǎng)度的計(jì)算，計(jì)算所得的每段當(dāng)量長(zhǎng)度的總和就是通過基準(zhǔn)截面轉(zhuǎn)化之后的等截面壓桿長(zhǎng)度。

三、采用等效剛度方法對(duì)筒倉結(jié)構(gòu)變截面加勁肋進(jìn)行設(shè)計(jì)

在截面有貫距線性變化產(chǎn)生的楔形壓桿中，將其桿長(zhǎng)設(shè)置為L(zhǎng)，柱頂?shù)慕孛尕灳嘣O(shè)置為I0，然后將其進(jìn)行簡(jiǎn)化成為等截面壓桿。把壓桿等分成若干段，對(duì)第i段的壓桿底的截面貫距進(jìn)行計(jì)算，公式為Ii等于I0與（In-I0）/n乘以i相加之和；對(duì)第i段的壓桿桿長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算，公式為L(zhǎng)i等于L/n；將變截面壓桿的整體等效截面的貫距設(shè)為I，將第i段桿截面的貫距向I轉(zhuǎn)化時(shí)對(duì)當(dāng)量桿長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算，公式為DLi等于I/Ii的平方根與Li相乘，這時(shí)的整個(gè)壓桿長(zhǎng)度則為L(zhǎng)等于∑（i=1...n）與DLi相乘等于∑（i=1...n）與I/Ii的平方根乘以Li相乘。通過代入整理可以以得出：I/Ii的平方根乘以∑（i=1...n）乘以1/（n2+（In-I0）/I0×n×i）的平方根等于1，設(shè)α等于（In-I0）/I0，β則等于∑（i=1...n）乘以1/n2+α×n×i）的平方根，由此可以得出對(duì)等效貫距進(jìn)行計(jì)算的公式為I等于I0/β2。

有這些公式可以看出，對(duì)截面的等效貫距進(jìn)行計(jì)算的關(guān)鍵所在就是作為計(jì)算系數(shù)的β，它的大小會(huì)受到n與α大小的影響。計(jì)算截面的等效貫距精度取決于n的大小，在n值為10000的時(shí)候，其精度能夠符合標(biāo)準(zhǔn)。α是變截面壓桿的上下兩個(gè)截面貫距的比值與1相減后所得出的值。α中的單值函數(shù)就是β，為此可以對(duì)β隨著α發(fā)生變化的曲線進(jìn)行計(jì)算。

四、對(duì)筒倉結(jié)構(gòu)變截面加勁肋的受壓承載力進(jìn)行計(jì)算

對(duì)處于中間位置的加勁肋進(jìn)行設(shè)置的過程中，第一和第二個(gè)加勁肋的受壓承載力會(huì)隨著長(zhǎng)度的增加而不斷的出現(xiàn)上升段，第三個(gè)加勁肋的受壓承載力則會(huì)先有上升段出現(xiàn)，之后再有下降段出現(xiàn)，其厚度不同所呈現(xiàn)出的最值對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度值也是不同的。對(duì)處于邊緣位置的加勁肋進(jìn)行設(shè)置，其受壓承載力會(huì)隨著長(zhǎng)度的增加而先有上升段出現(xiàn)，之后再有下降段出現(xiàn)，其厚度不同所呈現(xiàn)出的最值對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度值也是不同的。對(duì)處于中間位置的不同數(shù)量的加勁肋進(jìn)行設(shè)置時(shí)，需要使沒有進(jìn)行中間加勁肋設(shè)置的板件受壓承載力保持在最低狀態(tài)，兩個(gè)已經(jīng)在中間位置進(jìn)行加勁肋設(shè)置的受壓承載力應(yīng)該保持在一個(gè)中間位置加勁肋以上。厚度不同的處于邊緣位置的加勁肋長(zhǎng)度的最大值應(yīng)該控制在對(duì)應(yīng)和最大承載力之間的差值幅度的2%以內(nèi)，而且其厚度越小，兩者之間的數(shù)值就越接近相同。

結(jié)語：

綜上所述，本文對(duì)裝配式落地鋼板筒倉模型多階變截面加勁肋的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳細(xì)的分析，通過當(dāng)量長(zhǎng)度方法和等效剛度方法對(duì)變截面加勁肋進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)其受壓承載力的計(jì)算方案進(jìn)行了介紹，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員提供一些有價(jià)值的參考與建議。

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[3]張翀.落地式鋼板筒倉受力性能的分析與研究[D].2010.

TU7

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1007–6344（2015）01–0161–01