雙肢拼合冷彎薄壁型鋼構(gòu)件屈曲分析

摘 要：?jiǎn)沃_(kāi)口冷彎薄壁型鋼構(gòu)件容易發(fā)生平面內(nèi)和平面外失穩(wěn)，為了解決這個(gè)問(wèn)題，文章采用大型通用有限元軟件ANSYS，針對(duì)提出的一種新型雙肢拼合冷彎薄壁型鋼構(gòu)件進(jìn)行非線(xiàn)性屈曲分析。分析表明：雙肢拼合冷彎薄壁型鋼構(gòu)件的穩(wěn)定性能得到明顯提高。

關(guān)鍵詞：冷彎薄壁型鋼；有限元；屈曲分析

引言

冷彎薄壁型鋼具有自重輕、剛度大等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)體系中。單肢的開(kāi)口構(gòu)件通常可用于門(mén)式剛架的檁條和屋面板等次要維護(hù)構(gòu)件中，但是其抗扭能力差、兩主軸慣性矩差別較大等缺點(diǎn)，容易發(fā)生平面內(nèi)和平面外失穩(wěn)，導(dǎo)致構(gòu)件發(fā)生破壞，進(jìn)而影響整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，極易發(fā)生工程事故[1-2]。針對(duì)開(kāi)口構(gòu)件的這些缺點(diǎn)，文章提出的新型構(gòu)件截面形式能夠很好地解決這個(gè)問(wèn)題。

1 有限元模型的建立

1.1 模型描述

文章選用構(gòu)件以檁條為例，檁條長(zhǎng)度為4m，間距為1.5m，基本雪壓0.4kN/m2，基本風(fēng)壓0.4kN/m2；屋面均布活載為0.3kN/m2，構(gòu)件自重0.1kN/m2；壓型鋼板取0.15kN/m2。C型鋼采用的尺寸為160×70×20×3，連接板為280×170×5。模型圖如圖1-圖4。

1.2 單元選取

文章基于A(yíng)NSYS建立有限元模型，單元采用SHELL181，CONTA174，TARGE170，通過(guò)建立接觸對(duì)來(lái)進(jìn)行建模，網(wǎng)格采用自主劃分方式。

1.3 材料屬性

鋼材的彈性模量為2.1×105MPa，泊松比為0.3，密度為7850kg/m3。

1.4 邊界條件

約束施加在兩端螺栓孔，限制其六個(gè)方向的位移。

1.5 施加載荷

在構(gòu)件上表面施加0.1Mpa的力。

2 有限元分析

文章采用弧長(zhǎng)法進(jìn)行求解，求解結(jié)果如圖5-圖6。

由應(yīng)力云圖和變形圖可知，新型拼合構(gòu)件跨中沒(méi)有出現(xiàn)單肢構(gòu)件常見(jiàn)的畸變屈曲和局部屈曲等情況，應(yīng)力分布也更加均勻。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）新型拼合構(gòu)件能夠很好地解決單肢開(kāi)口構(gòu)件存在的穩(wěn)定性問(wèn)題。

（2）從連接方式的角度來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)關(guān)于雙肢拼合冷彎薄壁型鋼構(gòu)件的連接多采用自攻螺釘進(jìn)行連接，采用對(duì)焊的方式連接的研究相對(duì)較少。

（3）從創(chuàng)新性角度來(lái)說(shuō)，檁條端部通常深入斜梁采用連接板和檁托連接，該構(gòu)件端部連接只需采用外伸連接板進(jìn)行螺栓連接。

參考文獻(xiàn)

[1]JGJ227-2011.低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術(shù)規(guī)程[S].北京：建筑工業(yè)出版社，2011.

[2]趙一婕，杜兆宇，張其林.冷彎薄壁型鋼四肢組合受彎構(gòu)件承載力研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，39（11）：29-34.