双肢拼合冷弯薄壁型钢构件屈曲分析

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摘 要：单肢开口冷弯薄壁型钢构件容易发生平面内和平面外失稳，为了解决这个问题，文章采用大型通用有限元软件ANSYS，针对提出的一种新型双肢拼合冷弯薄壁型钢构件进行非线性屈曲分析。分析表明：双肢拼合冷弯薄壁型钢构件的稳定性能得到明显提高。

关键词：冷弯薄壁型钢；有限元；屈曲分析

引言

冷弯薄壁型钢具有自重轻、刚度大等优点，现已广泛应用于现行建筑结构体系中。单肢的开口构件通常可用于门式刚架的檩条和屋面板等次要维护构件中，但是其抗扭能力差、两主轴惯性矩差别较大等缺点，容易发生平面内和平面外失稳，导致构件发生破坏，进而影响整体结构的稳定性，极易发生工程事故[1-2]。针对开口构件的这些缺点，文章提出的新型构件截面形式能够很好地解决这个问题。

1 有限元模型的建立

1.1 模型描述

文章选用构件以檩条为例，檩条长度为4m，间距为1.5m，基本雪压0.4kN/m2，基本风压0.4kN/m2；屋面均布活载为0.3kN/m2，构件自重0.1kN/m2；压型钢板取0.15kN/m2。C型钢采用的尺寸为160×70×20×3，连接板为280×170×5。模型图如图1-图4。

1.2 单元选取

文章基于ANSYS建立有限元模型，单元采用SHELL181，CONTA174，TARGE170，通过建立接触对来进行建模，网格采用自主划分方式。

1.3 材料属性

钢材的弹性模量为2.1×105MPa，泊松比为0.3，密度为7850kg/m3。

1.4 边界条件

约束施加在两端螺栓孔，限制其六个方向的位移。

1.5 施加载荷

在构件上表面施加0.1Mpa的力。

2 有限元分析

文章采用弧长法进行求解，求解结果如图5-图6。

由应力云图和变形图可知，新型拼合构件跨中没有出现单肢构件常见的畸变屈曲和局部屈曲等情况，应力分布也更加均匀。

3 结束语

（1）新型拼合构件能够很好地解决单肢开口构件存在的稳定性问题。

（2）从连接方式的角度来说，国内关于双肢拼合冷弯薄壁型钢构件的连接多采用自攻螺钉进行连接，采用对焊的方式连接的研究相对较少。

（3）从创新性角度来说，檩条端部通常深入斜梁采用连接板和檩托连接，该构件端部连接只需采用外伸连接板进行螺栓连接。

参考文献

[1]JGJ227-2011.低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程[S].北京：建筑工业出版社，2011.

[2]赵一婕，杜兆宇，张其林.冷弯薄壁型钢四肢组合受弯构件承载力研究[J].湖南大学学报，2012，39（11）：29-34.