呂 淼 王建省 王宗澤
北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院
門式剛架H型鋼梁翼緣厚度與梁穩(wěn)定性關(guān)系研究
呂 淼 王建省 王宗澤
北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院
基于采用H型鋼做鋼梁的大跨度門式剛架進行分析,用PKPM軟件建立了力學(xué)分析模型,設(shè)定了力學(xué)計算參數(shù),模擬真實剛架的受力,給出恒荷載、線荷載及風(fēng)荷載作用于鋼梁,并選取高度、翼板寬度、腹板厚度相同但翼緣厚度不同的幾組梁進行計算分析,從而總結(jié)出門式剛架H型鋼梁翼緣厚度與梁穩(wěn)定性的關(guān)系。
近年來,我國輕型鋼結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用迅猛發(fā)展,大量輕型鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn),其中不乏個性化,結(jié)構(gòu)形式靈活多變的大跨結(jié)構(gòu)。門式剛架是輕型鋼結(jié)構(gòu)的一種形式,受力性能好、建筑造型美觀、施工速度快、而且用鋼量較少、造價低廉,在我國廣泛應(yīng)用于工業(yè)、居住及公共建筑,是比較常用的一種結(jié)構(gòu)方案。當(dāng)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和跨度較大時,宜采用變截面。
本案例通過建立模型計算對比,分析了大跨度門式剛架變截面梁的翼緣厚度對于梁穩(wěn)定性的影響。
研究大跨度門式剛架在荷載作用下H型鋼梁翼緣厚度與梁穩(wěn)定性關(guān)系,材料統(tǒng)一使用Q235鋼,屬性參數(shù)取對應(yīng)的屬性參數(shù),桁架梁凈跨為72m,榀間距為9m,兩側(cè)結(jié)構(gòu)對稱,梁與柱均采用焊接H型鋼,為節(jié)省用鋼量,使截面合理,梁柱均采用變截面,其中柱采用變截面H型鋼,梁采用三等分的變截面H型鋼。
柱的截面尺寸為。變截面梁的三段尺寸(以為初始組數(shù)據(jù))分別為H1600 ~ 1200×400×14×20,H1200×400×14×20,H1200 ~ 1600×400×14×20。所有數(shù)值單位均為mm。
選定除翼板厚度外其他截面尺寸均相同的截面進行計算分析。翼緣厚度分別取20mm、22mm、24mm、26mm、28mm、30mm、32mm,將數(shù)據(jù)輸入PKPM進行計算。
本案例按照《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS102:2002)計算。
利用PKPM軟件中門式剛架模塊進行案例門式剛架的建模,以中間區(qū)的一榀剛架為例進行計算,軟件中各項參數(shù)的輸入如圖1所示。
參數(shù)設(shè)置好后開始設(shè)置荷載。根據(jù)案例的實際情況,考慮輸入的荷載有恒荷載、活荷載、風(fēng)荷載。因采用PKPM計算的時候,梁柱的自重會由軟件自動生成,最終給定恒荷載的輸入值為,活荷載的輸入值為,風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值為,風(fēng)荷載的相關(guān)系數(shù)、荷載分項系數(shù)、荷載組合系數(shù)等系數(shù)均按《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》為標(biāo)準(zhǔn)取值輸入軟件進行計算。
圖1 PKPM參數(shù)設(shè)置
已知選定除翼板厚度外其他截面尺寸均相同的截面進行計算分析,由于結(jié)構(gòu)自重軟件已自行計量,計算中唯一變量為翼緣厚度。變量翼緣厚度分別取20mm、22mm、24mm、26mm、28mm、30mm、32mm,點擊計算得出計算結(jié)果,整理所得數(shù)據(jù)如表1所示。其中,各組數(shù)據(jù)的腹板寬厚比、考慮屈曲后強度抗彎承載力比值、抗剪強度計算應(yīng)力比、平面外穩(wěn)定應(yīng)力比(對應(yīng)長細(xì)比)均滿足穩(wěn)定性要求。
表1 梁的穩(wěn)定性相關(guān)參數(shù)表
由計算結(jié)果繪出相應(yīng)的變化趨勢圖,見圖2-圖4。
結(jié)合圖表可看出,當(dāng)翼緣厚度逐漸增大時,考慮屈曲后強度計算應(yīng)力比呈變小趨勢,即結(jié)構(gòu)抗壓強度越大。
當(dāng)翼緣厚度逐漸增大時,抗剪強度計算應(yīng)力比呈變大趨勢,即結(jié)在抗剪強度越小。
當(dāng)翼緣厚度逐漸增大時,平面外穩(wěn)定計算最大應(yīng)力比呈變小趨勢,即梁的平面外穩(wěn)定性越好。
圖2 翼緣厚度與考慮屈曲后強度計算最大應(yīng)力比的關(guān)系
圖3 翼緣厚度與抗剪強度計算最大應(yīng)力比的關(guān)系
圖4 翼緣厚度與平面外穩(wěn)定計算最大應(yīng)力比的關(guān)系
本文研究了門式剛架H型鋼梁翼緣厚度與梁穩(wěn)定性關(guān)系,用PKPM軟件建立了分析模型,設(shè)定相關(guān)的計算參數(shù)并分別進行取值,得出計算結(jié)果后整理分析并繪出函數(shù)圖,總結(jié)分析出翼緣厚度對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。
結(jié)論表明,當(dāng)翼緣厚度逐漸增大時,結(jié)構(gòu)抗壓強度變大,抗剪強度變小,梁的平面外穩(wěn)定性越好,但在實際設(shè)計中還要綜合經(jīng)濟等方面因素進行具體分析設(shè)計。