冷弯薄壁型钢四肢组合受弯构件承载力研究
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摘 要：针对冷弯薄壁型钢四肢组合箱形截面受弯构件，建立了考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型，进行了其承载力的数值分析数值分析所得构件的破坏模式、极限承载力和荷载挠度曲线与试验结果吻合较好，验证了有限元模型的可靠性采用这一模型就钉距、截面高度、宽度及初始缺陷等对构件极限承载力的影响进行了一系列参数分析提出了构件实用设计和计算的折减系数法，与现有AISI和中国规范基于有效宽度法的计算结果进行了比较，证明现有规范计算结果偏于保守，本文方法与数值分析结果吻合较好、简便可行.
关键词：冷弯薄壁型钢；组合箱形截面；承载力；有限元法；参数分析；有效宽度法
中图分类号：TU392.5 文献标识码：AAnalysis of the Bearing Capacity of Coldformed Steel
Quadruple Limbs Builtup Members under Flexural Loading
冷弯薄壁型钢低层住宅体系具有工业化生产、施工周期短、建筑污染小、环保节能的特点，在保温、隔热、隔音、通风换气等方面具有较大的优势.由多个C型和U型槽钢组合的冷弯薄壁型钢组合构件已被应用于轻钢住宅体系中，但我国规范并没有对此多肢冷弯薄壁型钢组合截面构件的承载力给出明确的计算公式，仅建议双肢拼合截面按单肢构件承载力之和计算，因此有必要进行这方面的试验和理论研究.
近年来，国内外部分学者研究了不同形式的冷弯薄壁型钢组合截面构件的承载力情况.哈尔滨工业大学的武胜、张素梅[1-2]对几种冷弯薄壁双轴对称组合箱形截面构件的轴压、偏压和受弯承载力及破坏模式进行了研究，证明了新型截面的显著力学优势.长安大学周天华、何保康[3-4]等人对不同宽厚比和长细比的G550高强冷弯薄壁型钢组合截面方管柱进行了试验研究，认为按现行规范[5]考虑板组相关性影响的计算结果偏于不安全，并提出了新的承载力建议计算方法.加拿大Waterloo大学Sultana和Xu等[6-7]通过对冷弯薄壁型钢组合箱形截面梁的受弯试验和有限元分析，指出北美现行规范[8]中对组合截面受弯构件的偏心受弯承载力计算按照每个组成构件的抗弯承载力的总和的方法是偏于不安全的，并提出了合理的折减系数.Oklahoma大学的Whittle[9]通过试验分析指出双肢对接拼合截面轴压构件按照修正长细比的设计方法过于保守.MissouriRolla大学的Stone[10]研究了工字型组合截面构件的承载力，同北美冷成型钢构件设计规范进行了比较并指出按现行北美规范设计结果偏于保守.
湖南大学学报（自然科学版）2012年第11期赵一婕等：冷弯薄壁型钢四肢组合受弯构件承载力研究本文研究了一种四肢拼合的冷弯薄壁型钢箱形截面受弯构件，对其进行了试验和有限元分析，将两者的结果相比较，证明了有限元模型的合理性.然后利用已被验证的模型对组合截面梁进行参数分析，考察截面宽度、高度、自攻螺钉间距及构件初始缺陷对组合截面梁受弯承载力的影响.在考虑国内外规范有效宽度法的基础上，提出了折减构件全截面抗弯模量的抗弯承载力计算方法，并证明了这种方法的可靠性和适用性.
1 试验研究
1.1 试验方案
试验构件如图1所示试验采用液压千斤顶、反力架和分配梁在梁跨三分点处施加两点竖向荷载，实现跨中纯弯受力区域.对试件采用滚轴支座，模拟两端简支的受力条件.为了防止试件支座处腹板的局部失稳，对其用自攻螺钉加钉角钢加固，同时为了避免加载处集中力作用点的局部受压破坏，在加载点两侧加钉钢板，使集中力通过垫板直接传递给试件两侧面的腹板，保证两侧面腹板受力均匀.试件自攻螺钉间距参考AISI规范[8]对双肢拼合受弯构件连接件的规定取为300 mm.各试件安装就位后即进行预加载，确认试件未出现偏心受力后开始分级加载，每1 kN一级，加载至接近预计极限承载力时适当减小每级加载幅值，每级加载完毕后持荷1 min，直至破坏.由于试件加工过程中有误差，试验前对试件的实际尺寸进行了测量，结果见表1.