不同构造木、冷弯薄壁C型钢组合框架剪力墙受力性能的试验研究
冷弯薄壁C型钢梁弯曲性能的试验研究
冷弯薄壁 Ｃ型钢梁弯 曲性 能的试验研究
翁 旭 ， 余海 波
（ 嘉兴 学 院 ， 浙江 嘉兴 ３４０ ） １０ １
摘 要 ： 几年 来 ， 国兴起 了冷 弯薄壁型钢结构住 宅体 系， 弯薄壁 型钢得 到快速发 展。基此 ， 近 我 冷 笔者采取试验 、 理论和
有限元模拟分析相结合 的方法， 对冷弯薄壁 Ｃ型钢 梁的弯曲性 能进行分析研 究， 而得 出冷弯薄壁 型钢结构与传 统的 从
热轧钢相 比。 更具有 良好经济性。
关键词 ： 冷弯薄壁 ｃ型钢 ； 弯曲性 能； 试验
中图分类号 ： Ｕ ９ ． Ｔ ３ ２１ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６ ２ ５ ５ ２ １ ０ — ２ ３ ０ １ ７ — ４ Ｘ（０ ２）７ ０ ７ — ２
Ｕ １ ２ ３ ４
图 ６ 。
图 ４ 挠度 一荷载 关系曲线
１３ 试 验结 果分 析 ．
对于试验构件来说 ， 本次试验是非纯弯试验 ， 除 了在 荷 载作 用 点 附 近 的畸 变屈 曲之外 ，翼缘 也 发 生 了局 部屈 曲 ，冷弯 薄壁 Ｃ型 钢卷 边 对翼 缘起 到支 撑 作 用 ， 件 的 变形 基 本 对称 。 １ ０ ＩＩ 的试 件 比 试 ０１Ｔ长 ０ Ｔ １ １ ０ ｍ 的试 件 ， ０ｍ ６ 承载 力要 大 ， 变形要 小 。
近年来 ，我国兴起 了一种新 型的建筑体系—— 本次试验共采用两种构件形式 ： 截面相 同， 但长 冷弯薄壁型钢结构住宅体 系。这种结构体系一般适 度不 同 ， 个 １ ０ 一 ０ｍｍ， ６ 一个 是 １ ０ ｌ 。 ０ｎｌ ０ ｎ 用 于 ３层 或 ３层 以下 的独 立 住宅 。冷 弯 薄壁 型 钢 结 试 验加 载原 则 ： 构， 与传统 的热轧钢材相 比， 冷弯薄壁型钢具有强度 （） １ 为了研究冷弯薄壁 ｃ型梁的工作性能 ， 主要 高 、 装方便 、 安 自身 净 质 重 小 、 厂 化 程 度 高 以 及适 测定 其 强度 ， 工 及各 荷 载 的挠 度 情况 ， 另外 还 要 测量 控 于机械化旋工等优点 。因此 ， 比传统的热轧钢材更具 制区段的应变大小和变化 ，找 出刚度 随外荷载变化 有经济性 。本文就是针对冷弯薄壁 ｃ型钢梁弯 曲性 的规 律 。 能， 进行试 验 和理论 研究 。 （） ２ 加载制度。试验采用分级加载 ， 每级荷载为
冷弯薄壁C型钢部分外包混凝土组合短柱(PEC短柱)受力机理及力学性能研究
冷弯薄壁C型钢部分外包混凝土组合短柱（PEC短柱）受力机理及力学性能研究冷弯薄壁C型钢部分外包混凝土组合短柱（PEC短柱）受力机理及力学性能研究摘要：近年来，冷弯薄壁C型钢加固混凝土结构在建筑领域得到广泛应用。
本文以冷弯薄壁C型钢部分外包混凝土组合短柱（PEC短柱）为研究对象，通过力学试验、数值计算等方法，探究了其受力机理及力学性能。
实验结果表明，PEC短柱具有良好的承载能力和变形性能，能够满足工程实际要求。
研究结论可为PEC短柱的设计与应用提供指导。
一、引言冷弯薄壁C型钢作为一种新型轻型钢材，在建筑工程中具有重要的应用潜力。
其形状独特、重量轻、成本低廉等特点，使其成为替代传统钢材和混凝土材料的理想选择。
然而，由于其截面特殊，冷弯薄壁C型钢存在着局部强度不足的问题，进一步研究钢材的受力机理及力学性能对其合理应用具有重要意义。
二、试验方法2.1 试件制备本次试验制备了20个PEC短柱试件，它们的几何参数和材料参数均符合设计要求。
在试件制备过程中，合理控制混凝土的配比、搅拌和浇注工艺，以确保PEC短柱内外层混凝土之间的粘结性能。
2.2 受力试验采用静力加载试验方法，对20个PEC短柱进行了断面受力性能试验。
试验过程中，实时记录PEC短柱的变形情况和承载荷载，以获得其力学性能指标。
三、试验结果与分析3.1 受力机理实验中观察到PEC短柱的受力机理主要有以下几个方面：第一，薄壁C型钢的末段屈曲导致弯曲破坏；第二，混凝土的固结作用能够提高PEC短柱的整体强度和刚度。
第三，混凝土外包层分散钢材受力，并将外部荷载传递到内部薄壁C型钢。
3.2 力学性能试验结果显示PEC短柱在受力过程中具有良好的力学性能。
首先，PEC短柱的承载能力较高，能够满足大部分建筑工程的需求。
其次，PEC短柱的变形性能较好，局部弯曲导致的整体变形较小，使其在地震等自然灾害中具有较好的抗震性能。
四、数值计算与模拟为了更好地理解PEC短柱的受力特性，采用数值计算和模拟方法进行分析。
冷弯薄壁卷边C形不锈钢梁的力学性能试验
收稿日期:２０２３￣０３￣２３ꎮ基金项目:云南省科技厅科技计划资助项目(２０２００３ＡＣ１００００１)ꎮ㊀∗通信作者:陶忠(１９６８ )ꎬ男ꎬ教授ꎬ博士ꎬ研究方向为结构工程㊁工程抗震ꎮＥ￣ｍａｉｌ:１６６０６５０１２７＠ｑｑ.ｃｏｍꎮ陶忠ꎬ叶彩凤ꎬ皇甫双娥ꎬ等.冷弯薄壁卷边Ｃ形不锈钢梁的力学性能试验[Ｊ].南昌大学学报(工科版)ꎬ２０２４ꎬ４６(１):２１￣２８.ＴＡＯＺꎬＹＥＣＦꎬＨＵＡＮＧＦＵＳＥꎬｅｔａｌ.Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｔｅｓｔｉｎｇｏｆｃｏｌｄ￣ｆｏｒｍｅｄｔｈｉｎ￣ｗａｌｌｅｄｆｌａｎｇｅｄＣ￣ｓｈａｐｅｄｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｂｅａｍｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｃｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ)ꎬ２０２４ꎬ４６(１):２１￣２８.冷弯薄壁卷边Ｃ形不锈钢梁的力学性能试验陶忠１ꎬ２∗ꎬ叶彩凤１ꎬ２ꎬ皇甫双娥１ꎬ２ꎬ燕钊１ꎬ２(１.昆明理工大学建筑工程学院ꎬ云南昆明６５０５００ꎻ２.云南省抗震技术研究中心ꎬ云南昆明６５０５０３)㊀㊀摘要:为了研究冷弯壁薄卷边Ｃ形钢受弯构件的力学性能ꎬ以冷弯薄壁不锈钢梁为研究对象ꎬ重点研究加载条件㊁跨度对构件屈曲模式和受弯承载力的影响ꎮ结果发现:试件的加载条件和跨度对冷弯薄壁卷边Ｃ形钢受弯构件屈曲模式和极限承载力的影响显著ꎬ纯弯加载下的短梁极限承载力高达１６９.１ｋＮꎬ破坏模式为畸变屈曲ꎬ其余试件破坏模式也为畸变屈曲ꎻ腹板Ｖ型加劲能够有效抑制腹板鼓曲的产生ꎬ提高试件的极限承载力ꎮ利用现有直接强度法修正公式的计算结果与试验结果进行对比ꎬ以验证公式的准确性ꎮ关键词:卷边Ｃ形不锈钢梁ꎻ加载条件ꎻ跨度ꎻ直接强度法中图分类号:ＴＵ３９１㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀㊀文章编号:１００６￣０４５６(２０２４)０１￣００２１￣０８Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｔｅｓｔｉｎｇｏｆｃｏｌｄ￣ｆｏｒｍｅｄｔｈｉｎ￣ｗａｌｌｅｄｆｌａｎｇｅｄＣ￣ｓｈａｐｅｄｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｂｅａｍｓＴＡＯＺｈｏｎｇ１ꎬ２∗ꎬＹＥＣａｉｆｅｎｇ１ꎬ２ꎬＨＵＡＮＧＦＵＳｈｕａｎｇｅ１ꎬ２ꎬＹＡＮＺｈａｏ１ꎬ２(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＫｕｎｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＫｕｎｍｉｎｇ６５０５００ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＹｕｎｎａｎＥａｒｔｈｑｕａｋｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＫｕｎｍｉｎｇ６５０５０３ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｏｌｄ￣ｆｏｒｍｅｄｔｈｉｎ￣ｗａｌｌｅｄＣ￣ｓｈａｐｅｄｓｔｅｅｌｂｅｎｄｉｎｇｍｅｍｂｅｒｓꎬｔｈｅｃｏｌｄ￣ｆｏｒｍｅｄｔｈｉｎ￣ｗａｌｌｅｄｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｂｅａｍｗａｓｔａｋｅｎａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔꎬａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｌｏａｄｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｓｐａｎｏｎｔｈｅｂｕｃｋｌｉｎｇｍｏｄｅａｎｄｂｅｎｄｉｎｇｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｗａｓｍａｉｎｌｙｓｔｕｄｉｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｌｏａｄｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｓｐａｎｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｗｅｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｂｕｃｋｌｉｎｇｍｏｄｅａｎｄｕｌｔｉｍａｔｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｍｅｍｂｅｒｏｆｔｈｅｃｏｌｄ￣ｆｏｒｍｅｄｔｈｉｎ￣ｗａｌｌｅｄｃｒｉｍｐｅｄＣ￣ｓｈａｐｅｄｓｔｅｅｌꎬｔｈｅｕｌｔｉｍａｔｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｓｈｏｒｔｂｅａｍｓｕｎｄｅｒｐｕｒｅｂｅｎｄｉｎｇｌｏａｄｉｎｇｗａｓｕｐｔｏ１６９.１ｋＮꎬｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｗａｓｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｂｕｃｋｌｉｎｇꎬａｎｄｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｏｆｔｈｅｒｅｓｔｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｗａｓａｌｓｏｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｂｕｃｋｌｉｎｇ.Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｄｉｒｅｃｔｓｔｒｅｎｇｔｈｍｅｔｈｏｄｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｆｏｒｍｕｌａ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:Ｃ￣ｓｈａｐｅｄｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｂｅａｍｗｉｔｈｃｒｉｍｐｅｄｅｄｇｅꎻｌｏａｄｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎻｓｐａｎꎻｄｉｒｅｃｔｓｔｒｅｎｇｔｈｍｅｔｈｏｄ 钢结构是目前主要的建筑结构类型之一ꎬ被广泛应用于建筑结构和桥梁结构中ꎮ目前ꎬ随着空气污染的加重ꎬ钢结构的腐蚀速度越来越快ꎬ使得钢构件的承载力降低ꎮ与普通钢材相比ꎬ不锈钢中至少添加１０.５％的铬Ｃｒꎬ钢材的耐腐蚀性可明显提高ꎬ是一种符合可持续发展的绿色环保㊁可循环利用的材料ꎮ开口冷弯薄壁构件破坏模式包括整体屈曲㊁局部屈曲㊁畸变屈曲以及３种屈曲模式的耦合(整体－局部相关屈曲㊁整体－畸变相关屈曲和局部－畸变相关屈曲)ꎮ近年来ꎬ文献[１￣５]对冷弯薄壁不锈钢梁的整体屈曲极限承载力进行了研究ꎬ但构件的研究截面主要集中在闭口和工字形ꎮＮｉｕ等[６￣７]对３种不锈钢材料Ｃ形截面组合成的工字梁开展了受弯试验研究ꎬ并以试验数据为依据进行数值模拟校验ꎮ探讨了材料屈服特性㊁柔度㊁截面及屈曲模态耦合等因素对构件极限承载力的影响ꎬ基于直接强度法提出了不锈钢梁整体－畸变相关屈曲承载力的计算公式ꎮ丁智霞[８]开展了１２项卷边Ｃ形截面不锈钢试件材料力学性能试验ꎬ对６项强轴第４６卷第１期２０２４年３月㊀㊀㊀㊀㊀㊀南昌大学学报(工科版)ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｃｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ)Ｖｏｌ.４６Ｎｏ.１Ｍａｒ.２０２４㊀弯曲和６项弱轴弯曲试件的局部屈曲承载力进行了试验研究ꎮＲｏｓｓｉ等[９]对Ｃ形截面不锈钢轴心受压构件开展了试验研究ꎬ通过对试验数据的整理ꎬ提出了直接强度法计算公式ꎬ即畸变－整体相关屈曲承载力的计算ꎮ关于冷弯薄壁不锈钢构件稳定承载力的研究较少ꎬ尤其是关于加劲后构件的承载力问题的研究更少ꎮ赵金友等[１０]对无Ｖ型加劲㊁翼缘Ｖ型加劲和翼缘㊁腹板Ｖ形加劲高强冷弯薄壁槽钢展开了试验研究和有限元参数分析ꎬ发现试件加劲形式是影响受弯试件屈曲模式和承载力的重要因素ꎮ陶忠[１１]进行了腹板纵向中间Ｖ型加劲卷边槽钢柱屈曲性能的理论分析和试验研究ꎬ提出新概念以统一薄板及薄壁板组构件屈曲问题ꎮ叶文华[１２]利用直接强度法㊁有限条原理和遗传算法对Ｖ形加劲Ｃ形钢构件进行研究ꎬ发现Ｖ形交角为９０ʎ时ꎬ加劲Ｃ形钢构件的极限承载力达到最大值ꎮ赵金友等[１３]对翼缘Ｖ形加劲Ｇ５５０高强冷弯薄壁槽钢进行了受弯试验ꎮ结果表明ꎬ翼缘中部的Ｖ形加劲可以更好地提高部件的受弯承载力和稳定性ꎮ对于冷弯薄壁卷边Ｃ形不锈钢梁而言ꎬ试件受弯时截面弹性中和轴以上部分受压ꎬ屈曲变形主要产生于该部分ꎬ进而引起梁的失稳破坏ꎮ因此ꎬ开展冷弯薄壁卷边Ｃ形钢受弯构件力学性能试验研究是有必要的ꎮ本文基于奥氏体不锈钢０２２Ｃｒ１９Ｎｉ１０材料ꎬ针对冷弯薄壁卷边Ｃ形钢受弯构件在不同加载条件㊁不同跨度下的力学性能进行试验研究ꎬ为后续的理论分析提供较为可靠的数据ꎮ随后ꎬ利用修正后的直接强度法计算公式ꎬ与试验结果进行验算ꎮ１㊀试验概述１.１㊀试件的设计与编号图１㊀卷边Ｃ形截面参数定义Ｆｉｇ.１㊀ＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒｒｏｌｌｅｄＣ￣ｓｅｃｔｉｏｎｓ试件截面形式如图１所示(图中Ａ表示剪心㊁Ｏ表示重心)ꎬ选取了３种板件ꎬ分别为非纯弯试验试件㊁纯弯试验短跨梁㊁纯弯试验长跨梁ꎬ共３组试验ꎬ每组试验都有２个完全相同的试件ꎮ其中ꎬ在纯弯试验下试件的跨度有２种ꎬ长度分别为１９００ｍｍ和３４００ｍｍꎬ故将其区分为短跨梁和长跨梁ꎮ试件采用冷弯加工制作而成ꎬ试件名义厚度ｔ＝２ｍｍꎮ因工厂倒角模具只有转角半径为２㊁５㊁１０ｍｍ的规则ꎬ且试件的截面尺寸不大ꎬ故倒角半径ｒ统一取为２ｍｍꎮ试件的腹板高Ｈ＝２５０ｍｍꎬ翼缘宽度Ｂ＝７５ｍｍꎬ卷边宽度ａ＝２０ｍｍꎮＶ形加劲肋两板件间夹角为倒角ꎬ加劲肋宽度Ｂｓ＝２６ｍｍꎬ高度Ｈｓ＝１３ｍｍꎮ试件的编号原则如图２所示ꎮ试验前采用卷尺测量了试件的实际几何尺寸ꎬ试件编号及实测尺寸见表１ꎬ表１中Ｌ为试件的实际长度ꎮB H V a梁试件试件梁试件图２㊀试件编号原则Ｆｉｇ.２㊀Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｎｕｍｂｅｒｉｎｇ２２ 南昌大学学报(工科版)２０２４年㊀表１㊀试件实测几何尺寸Ｔａｂ.１㊀Ｍｅａｓｕｒｅｄｇｅｏｍｅｔｒｉｃｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｓ试件编号Ｈ/ｍｍＢ/ｍｍａ/ｍｍｒ/ｍｍｔ/ｍｍＢｓ/ｍｍＨｓ/ｍｍＬ/ｍｍＶ０￣Ｈ２５０Ｂ７５ａ２０￣１２５２７７.５２０.８２.３２.１２８.８１４.８２４０２.５Ｖ０￣Ｈ２５０Ｂ７５ａ２０￣２２５２７７.９１９.９２.３２.１２８.８１４.９２３９８.０Ｖ１￣Ｈ２５０Ｂ７５ａ２０￣１２５３７６.６２０.７２.３２.２２９.０１３.７１９０３.０Ｖ１￣Ｈ２５０Ｂ７５ａ２０￣２２５３７６.８１９.６２.３２.６２９.０１４.３１９０１.５Ｖ２￣Ｈ２５０Ｂ７５ａ２０￣１２５１７６.１２０.６２.３２.０２９.０１３.５３４０２.０Ｖ２￣Ｈ２５０Ｂ７５ａ２０￣２２５３７６.７２０.３２.３２.０２８.５１３.５３３９９.０１.２㊀材料力学性能试验图３㊀材性试验装置Ｆｉｇ.３㊀Ｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｔｅｓｔｄｅｖｉｃｅ试件采用奥氏体不锈钢０２２Ｃｒ１９Ｎｉ１０材料经冷弯加工制成ꎬ平板区的材料力学性能试验在昆明理工大学试验室完成ꎮ试验仪器为ＣＳＳ４４１００型电子万能试验机(１００ｋＮꎬ０.５％)ꎬ采用引伸计(ＹＪＹ￣１３)及应变采集仪记录实验数据ꎬ装置如图３所示ꎮ根据ＧＢ/Ｔ２２８.１ ２０２１«金属材料㊀拉伸试验㊀第１部分:室温试验方法»[１４]中的规定ꎬ试验加载速率控制为３ｍｍ ｓ－１ꎮ将试件夹在电子万能试验机夹具中间ꎬ加紧后布置引伸计ꎬ按照规定速率进行加载ꎬ同时收集试件的材料属性ꎮ材性试验结果为:名义屈服强度σ０.２＝３１６.７ＭＰａꎬ抗拉强度σｕ＝６０９.７ＭＰａꎬ弹性模量Ｅ＝１８９.０ＧＰａꎬ伸长率δ＝４８.９％ꎮ为后续进行理论分析时ꎬ提供准确的数据ꎮ１.３㊀试验加载装置及测点布置对卷边Ｃ形钢受弯构件ꎬ其剪心位于截面外(如图２所示)ꎮ试验过程中ꎬ为使截面不发生扭转ꎬ将２个截面形式完全相同的试件背靠背拼成双Ｃ形截面(编号为Ａ梁和Ｂ梁)ꎬ3048603410860806030250200图４㊀方矩管截面尺寸Ｆｉｇ.４㊀Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｏｆｓｑｕａｒｅａｎｄｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｓｅｃｔｉｏｎｓ使用Ｍ１６高强度螺栓ꎬ将方矩管与２个Ｃ形截面构件拼接在一起ꎬ在试件支座处和加载处分别设置方矩管ꎬ然后进行强轴受弯试验ꎮ方矩管截面尺寸选择为Ѳ２００ｍｍˑ２５０ｍｍˑ１０ｍｍꎬ如图４所示ꎮ如图５(ａ)所示为采用两点加载的纯弯试验示意图ꎬ为了防止两侧非研究区段对构件的影响ꎬ在两侧非研究区段的受压翼缘处用Ｍ１０高强螺栓与盖板相连ꎮ图５(ｂ)所示为采用跨中单点加载的非纯弯试验示意图ꎬ右支座与跨中加载点之间的区段视为非纯弯试验的研究区段ꎬ同时为了防止非研究区段的影响ꎬ在非研究区段的受压翼缘处也用Ｍ１０高强螺栓与盖板相连ꎮ图５为试验的示意图ꎬ试验时荷载㊁位移和应变的数据通过采集仪进行采集ꎮＡ梁布置４个位移计ꎬ分别布置在受拉翼缘跨中位置(ＤＳ￣１)㊁受拉翼缘加载点位置处(ＤＳ￣３㊁ＤＳ￣４)㊁受拉腹板处(ＤＳ￣５)ꎬ用于测量试件跨中及２个加载点的竖向位移㊁侧向位移ꎮＢ梁布置２个位移计ꎬ分别在受拉翼缘跨中位置处(ＤＳ￣２)㊁受拉腹板处(ＤＳ￣６)ꎬ分别用于测定试件跨中截面的竖向㊁侧向的位移ꎬ测点布置如图５ꎮ在跨中截面卷边㊁上下翼缘㊁腹板处安置纵向应变片ꎬ并在受拉腹板处安置一个横向应变片ꎻ在加载点一侧截面的受压翼缘㊁腹板处安置横向应变片ꎻ在加载点另一侧截面的受压腹板处安置一个纵向应变片和一个横向应变片ꎻ用以观测试件受力过程中应变的变化状况ꎬ试件Ｖ１中轴处的应变片往研究区段偏移ꎬ距离跨中１/６ꎮ３２ 第１期㊀㊀㊀㊀㊀陶忠等:冷弯薄壁卷边Ｃ形不锈钢梁的力学性能试验P PM 1M 1位移计5（6）(ａ)纯弯试验示意图PM 2(ｂ)非纯弯试验示意图图５㊀试验示意图Ｆｉｇ.５㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｔｅｓｔ２㊀试验结果２.１㊀屈曲模式冷弯薄壁卷边Ｃ形钢在非纯弯试验下ꎬ由于盖板与高强螺栓对翼缘发生屈曲的约束作用ꎬ构件畸变屈曲发生在研究区段ꎬ如图６(ａ)所示ꎻ冷弯薄壁卷边Ｃ形钢在纯弯试验下ꎬ由于短跨梁的研究区段很小ꎬ导致在受到荷载时梁的截面出现局部应力集中ꎬ使得该部位的应力超过材料的屈服极限ꎬ从而导致局部屈曲的发生ꎮ继续加载ꎬ构件发生畸变屈曲破坏模式ꎬ如图６(ｂ)㊁(ｃ)所示ꎻ纯弯试验长跨梁受压翼缘与卷边的交线不再保持原有的直线状态ꎬ构件出现畸变屈曲破坏模式ꎬ如图６(ｄ)所示ꎮ２.２㊀抗弯承载力在试验前ꎬ通过有限元ＡＢＡＱＵＳ预估出试件的承载力ꎮ在正式加载时ꎬ首先ꎬ以力控制加载ꎬ按照１ｋＮ ｓ－１的速率将荷载加载至预估承载力的５０％ꎻ然后ꎬ以位移控制加载ꎬ采用１ｍｍ ｍｉｎ－１的速率加载到极限承载力ꎻ最后ꎬ以１ｍｍ ｍｉｎ－１的速率一直加载到试件承载力下降至极限承载力８０％时ꎬ停止加载ꎮ表２为试件抗弯承载力对比表ꎬ可以看出ꎬ在相同截面下ꎬ纯弯试验的长跨梁抗弯承载力低于非纯弯试验和纯弯试验短跨梁ꎮ在不同的加载方式下ꎬ非纯弯试验下的试件抗弯承载力比纯弯试验下的试件高１１.５％ꎻ在相同的加载方式下ꎬ对于不同跨度的试件进行比较ꎬ发现冷弯薄壁卷边Ｃ形不锈钢受弯构件短跨梁的抗弯承载力比长跨梁高１２１.９％ꎮ分析认为ꎬ在非纯弯试验中ꎬ除了有弯曲荷载外ꎬ还存在剪力ꎮ剪力的存在可能会导致梁的受力方式㊁试件发生变形特征的改变ꎬ从而影响梁的承载能力ꎬ使其抗弯承载力比纯弯试验的抗弯承载力 ４２ 南昌大学学报(工科版)２０２４年㊀(ａ)畸变屈曲(非纯弯试验试件)(ｂ)局部屈曲(纯弯试验短跨梁)(ｃ)畸变屈曲(纯弯试验短跨梁)(ｄ)畸变屈曲(纯弯试验长跨梁)图６㊀试件屈曲模式Ｆｉｇ.６㊀Ｓｐｅｃｉｍｅｎｂｕｃｋｌｉｎｇｍｏｄｅ表２㊀试件抗弯承载力对比表Ｔａｂ.２㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｔａｂｌｅｏｆｂｅｎｄｉｎｇｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｅｓｔｐｉｅｃｅｓ类型试件编号试验承载力/ｋＮ预估承载力/ｋＮ屈曲模式非纯弯试验试件Ｖ０８５.０７８.０Ｄ纯弯试验短跨梁Ｖ１１６９.１１５５.０Ｄ纯弯试验长跨梁Ｖ２７６.２６８.０Ｄ注:Ｄ表示畸变屈曲ꎮ高ꎻ卷边Ｃ形不锈钢受弯构件的抗弯承载力与梁的长度有关ꎬ短跨梁的长度相对较短ꎬ所以在承受相同弯曲力矩时ꎬ其受弯应力较小ꎬ且两端支承刚度相对较大ꎬ支承作用比较强ꎬ可以更好地限制梁的变形ꎬ从而增加了梁的强度和稳定性ꎮ２.３㊀荷载－挠度曲线图７(ａ)㊁(ｂ)㊁(ｃ)分别为非纯弯试验试件㊁纯弯试验短跨试件和纯弯试验长跨试件的荷载－跨中竖向挠度曲线ꎮ从图７可见ꎬ各构件位移计１与位移计２的荷载－跨中竖向挠度曲线几乎一致ꎬ表明试件通过背靠背连接ꎬ达到了受力同步㊁变形一致的效果ꎮ所有试件在加载初期整体处于弹性阶段ꎬ随着荷载的增加ꎬ荷载－跨中竖向挠度曲线不再呈线性变化ꎮ直至达到试件极限承载力ꎬ荷载才开始下降ꎬ从图中可以看出ꎬ此过程中竖向挠度发展速度越来越快ꎮ荷载下降至试件极限承载力８０％时ꎬ停止试验ꎮ５２ 第１期㊀㊀㊀㊀㊀陶忠等:冷弯薄壁卷边Ｃ形不锈钢梁的力学性能试验W /mmW /mmW /mm F /k NF /k NF /k N 位移计1位移计2位移计1位移计2位移计1位移计2(ａ)Ｖ０￣Ｈ２５０Ｂ７５ａ２０(ｂ)Ｖ１￣Ｈ２５０Ｂ７５ａ２０(ｃ)Ｖ２￣Ｈ２５０Ｂ７５ａ２０图７㊀荷载－跨中竖向挠度曲线Ｆｉｇ.７㊀Ｌｏａｄ￣ｓｐａｎｖｅｒｔｉｃａｌｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｕｒｖｅ图８(ａ)㊁(ｂ)㊁(ｃ)所示分别为非纯弯试验试件㊁纯弯试验短跨试件和纯弯试验长跨试件的荷载－侧向挠度曲线ꎮ从图８可见ꎬ各构件变形情况几乎一致ꎬ表明通过背靠背连接的冷弯薄壁卷边Ｃ形梁可以共同受力ꎮ所有试件在加载初期处于弹性变形阶段ꎬ随着荷载逐渐增加ꎬ当荷载达到试件极限承载力８０％左右时曲线出现拐点ꎬ此点应为畸变屈曲产生时所对应的荷载[１５]ꎮ当达到极限承载力之后荷载开始下降ꎬ此阶段侧向挠度发展较快ꎮ荷载下降到极限承载力８０％时ꎬ结束曲线绘制ꎮW /mmW /mmW /mm F /k NF /k N F /k N 位移计5位移计6位移计5位移计6位移计5位移计6(ａ)Ｖ０￣Ｈ２５０Ｂ７５ａ２０(ｂ)Ｖ１￣Ｈ２５０Ｂ７５ａ２０(ｃ)Ｖ２￣Ｈ２５０Ｂ７５ａ２０图８㊀荷载－侧向挠度曲线Ｆｉｇ.８㊀Ｌｏａｄ￣ｌａｔｅｒａｌｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｕｒｖｅ从图７㊁图８可以得出:１)冷弯薄壁卷边Ｃ形不锈钢梁通过背靠背连接ꎬ可以共同受力ꎬ达到了变形一致的效果ꎮ２)每个试件在加载初期均处于弹性阶段ꎬ随着荷载的增加ꎬ试件发生塑性变形ꎬ直到试件极限承受能力ꎬ荷载则减少到试件极限承受能力的８０％ꎬ停止加载ꎮ３)纯弯试验下ꎬ短跨梁的承载力远高于长跨梁的承载力ꎬ而且所有荷载－跨中竖向挠度曲线的下降段较平缓ꎬ这是由于试验所选奥氏体不锈钢０２２Ｃｒ１９Ｎｉ１０具有强度高㊁延性好的特点ꎮ４)试件Ｖ０的极限承载能力高于试件Ｖ２的极限承载能力ꎬ其原因是:非纯弯试验中ꎬ弯矩和剪力之间可能存在交互作用ꎬ这种交互作用会影响试件的承载能力ꎬ进而导致试件的极限承载力增加ꎮ２.４㊀荷载－应变曲线图９给出了所有试件在受压翼缘和加劲处的荷载－应变曲线ꎮ观察发现:１)冷弯薄壁卷边Ｃ形不锈钢短梁在进行纯弯试验时ꎬ试件受压翼缘处的应变值先正后负ꎮ这是因为短梁的加载过程中ꎬ由于梁的长度较短ꎬ受力状态和应变分布会出现局部集中的情况ꎬ导致强烈的非均匀性和应变集中现象ꎮ２)试件Ｖ０和Ｖ２在加劲处为压应变ꎬ试件Ｖ１在加劲处为拉应变ꎬ分别表示鼓曲为向内向外鼓曲ꎬ与试验现象吻合ꎮ３)所有试件加劲处的拉压应变值均较小ꎬ可以有效地限制鼓曲的发展ꎮ４)在不同加载方式下ꎬ试件Ｖ０受压翼缘处的应变值小于试件Ｖ２受压翼缘处的应变值ꎬ且发生畸变屈 ６２ 南昌大学学报(工科版)２０２４年㊀曲时的荷载较大ꎬ如图９(ａ)㊁(ｃ)所示ꎮ在非纯弯试验中ꎬ由于加载方式的不同ꎬ弯矩分布变得不均匀ꎬ且试件同时受到弯矩和剪力的作用ꎬ试件的结构特性可以更好地发挥ꎬ使得试件的极限承载力有所提高ꎮ５)随着跨度的增加ꎬ受压翼缘处应变增大ꎬ且发生屈曲的荷载减小ꎬ如图９(ｂ)㊁(ｃ)所示ꎮ屈曲后试件的变形发展速度越来越快ꎬ长跨梁较短跨梁变形越明显ꎮ(ａ)Ｖ０￣Ｈ２５０Ｂ７５ａ２０(ｂ)Ｖ１￣Ｈ２５０Ｂ７５ａ２０(ｃ)Ｖ２￣Ｈ２５０Ｂ７５ａ２０图９㊀荷载－应变曲线Ｆｉｇ.９㊀Ｌｏａｄ￣ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅ３㊀基于直接强度法的验算㊀㊀Ｓｃｈａｆｅｒ等[１６]首次提出直接强度法ꎬ并在之后进一步提出了规范版的直接强度法条文ꎻ 北美冷弯型钢构件设计规范 (ＡＩＳＩＳ１００ ２００１)将此方法列入附录１ꎬ澳大利亚/新西兰 冷弯型钢设计规范 (ＡＳ/ＮＺＳ４６００:２００５)也将此方法列入其中ꎮ杜利[１７]利用直接强度法经修正计算了卷边Ｃ形不锈钢梁畸变屈曲承载力ꎮ本文利用张骥[１８]修正的一种基于直接强度法的Ｖ型加劲Ｃ形截面不锈钢梁畸变屈曲承载力计算公式验算试验结果ꎬ公式如下:Ｍｎｄ＝Ｍｙꎬλɤ０.６７３１λ－０.２２λæèçöø÷Ｍｙꎬλ>０.６７３ìîíïïïï(１)式中:Ｍｎｄ为Ｃ形不锈钢梁畸变屈曲承载力ꎻＭｙ为试件受弯部分边缘屈服弯矩ꎻλ为畸变屈曲长细比ꎮ其中λ＝１.０５２－０.２１３６５ｘ＋１.０９３７ｗｔæèçöø÷ｆＥ式中:ｘ为翼缘加劲位置ꎻｗ/ｔ为试件翼缘宽厚比ꎻＥ为不锈钢材料弹性模量ꎻｆ为不考虑安全系数的板件最大受压边缘应力ꎮ卷边Ｃ形不锈钢梁畸变屈曲承载力试验结果与计算结果对比见表３ꎮ对比结果发现ꎬ此公式不能准确预测卷边Ｃ形不锈钢梁畸变屈曲的承载力ꎬ平均偏差达到９３.３％ꎮ表３㊀畸变屈曲承载力试验结果与计算结果对比Ｔａｂ.３㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｕｌｔｉｍａｔｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ试件编号Ｍｔｅｓｔ/(ｋＮ ｍ)Ｍｎｄ/(ｋＮ ｍ)ΔＺ/％Ｖ０￣Ｈ２５０Ｂ７５ａ２０２１.２５３９.５０８５.８Ｖ１￣Ｈ２５０Ｂ７５ａ２０２１.１４３９.５０８６.８Ｖ２￣Ｈ２５０Ｂ７５ａ２０１９.５０３９.５０１０７.３㊀㊀注:Ｍｔｅｓｔ为卷边Ｃ形不锈钢梁畸变屈曲承载力的试验结果ꎻＭｎｄ为卷边Ｃ形不锈钢梁畸变屈曲承载力使用式(１)的计算结果ꎻΔＺ为卷边Ｃ形不锈钢梁畸变屈曲承载力的式(１)计算数据与试验结果的误差ꎮ４㊀结论㊀㊀１)对３组冷弯薄壁卷边Ｃ形不锈钢梁进行承载力试验ꎬ所有试件的破坏模式均为畸变屈曲ꎮ且Ｖ形加７２ 第１期㊀㊀㊀㊀㊀陶忠等:冷弯薄壁卷边Ｃ形不锈钢梁的力学性能试验８２ 南昌大学学报(工科版)２０２４年㊀劲有效地减少了试件的宽厚比ꎬ有效地限制了鼓曲的发展ꎮ２)加载条件与跨度是影响受弯试件承载能力的重要因素ꎮ在不同的加载条件下ꎬ试件在非纯弯试验下的极限承载力和刚度均比试件在纯弯试验下高ꎮ随着冷弯薄壁卷边Ｃ形不锈钢梁跨度的增大ꎬ试件的受弯极限承载力和刚度均减小ꎮ但是短跨梁在纯弯试验下会产生应力集中ꎬ导致强烈的非均匀性和应变集中现象ꎬ容易发生局部塑性变形㊁裂纹扩展㊁断裂等破坏ꎬ从而降低梁的强度和寿命ꎮ３)基于直接强度法进行验算ꎬ现有的不锈钢梁畸变屈曲承载力修正公式不能准确预测出试件的畸变屈曲承载力ꎬ直接强度法计算公式的修正有待进一步完善ꎮ参考文献:[１]㊀ＢＵＲＧＡＮＢＡꎬＢＡＤＤＯＯＮＲꎬＧＩＬＳＥＮＡＮＫＡ.Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｍｅｍｂｅｒｓ:ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎＥｕｒｏｃｏｄｅ３ꎬＰａｒｔ１.４ａｎｄｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌＳｔｅｅｌＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０００ꎬ５４(１):５１￣７３.[２]ＨＵＡＮＧＹＥꎬＹＯＵＮＧＢ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｃｏｌｄ￣ｆｏｒｍｅｄｌｅａｎｄｕｐｌｅｘｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｆｌｅｘｕｒａｌｍｅｍｂｅｒｓ[Ｊ].Ｔｈｉｎ￣ＷａｌｌｅｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓꎬ２０１３ꎬ７３:２１６￣２２８.[３]ＢＲＥＤＥＮＫＡＭＰＰＪꎬＶＡＮＤＥＮＢＥＲＧＧＪ.Ｔｈｅｌａｔｅｒａｌｔｏｒｓｉｏｎａｌｂｕｃｋｌｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｃｏｌｄ￣ｆｏｒｍｅｄｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｂｅａｍｓ[Ｃ]//１２ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｐｅｃｉａｌｔｙＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＣｏｌｄ￣ＦｏｒｍｅｄＳｔｅｅｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓꎬＯｃｔｏｂｅｒ１８￣１９ꎬ１９９４.ＳａｉｎｔＬｏｕｉｓꎬＭｉｓｓｏｕｒｉ:ＭｉｓｓｏｕｒｉＵ￣ｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ１９９４.[４]ＭＥＲＷＥＰＶＤꎬＷＹＫＭＶꎬＢＥＲＧＧＪ.Ｌａｔｅｒａｌｔｏｒｓｉｏｎａｌｂｕｃｋｌｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｄｏｕｂｌｙｓｙｍｍｅｔｒｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｂｅａｍｓ[Ｃ]//１０ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｐｅｃｉａｌｔｙＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＣｏｌｄ￣ＦｏｒｍｅｄＳｔｅｅｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓꎬＯｃｔｏｂｅｒ２３￣２４ꎬ１９９０.ＳａｉｎｔＬｏｕｉｓꎬＭｉｓｓｏｕｒｉ:ＭｉｓｓｏｕｒｉＵｎｉｖｅｒ￣ｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ１９９０.[５]王元清ꎬ高博ꎬ戴国欣ꎬ等.焊接不锈钢工字形截面梁整体稳定性试验研究[Ｊ].建筑结构学报ꎬ２０１１ꎬ３２(１１):１４３￣１４８. [６]ＮＩＵＳꎬＲＡＳＭＵＳＳＥＮＫＪＲꎬＦＡＮＦ.Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎａｌ￣ｇｌｏｂａｌｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｕｃｋｌｉｎｇｏｆｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌＣ￣ｂｅａｍｓ:ｐａｒｔＩ￣ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｖｅｓ￣ｔｉｇａｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌＳｔｅｅｌＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０１４ꎬ９６:１２７￣１３９.[７]ＮＩＵＳꎬＲＡＳＭＵＳＳＥＮＫＪＲꎬＦＡＮＦ.Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎａｌ￣ｇｌｏｂａｌｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｕｃｋｌｉｎｇｏｆｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌＣ￣ｂｅａｍｓ:ｐａｒｔⅡ￣ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｔｕｄｙａｎｄｄｅｓｉｇｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌＳｔｅｅｌＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０１４ꎬ９６:４０￣５３.[８]丁智霞.考虑局部屈曲卷边Ｃ形截面不锈钢构件承载力研究[Ｄ].南京:东南大学ꎬ２０１７.[９]ＲＯＳＳＩＢꎬＪＡＳＰＡＲＴＪＰꎬＲＡＳＭＵＳＳＥＮＫＪＲ.Ｃｏｍｂｉｎｅｄｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎａｌａｎｄｏｖｅｒａｌｌｆｌｅｘｕｒａｌ￣ｔｏｒｓｉｏｎａｌｂｕｃｋｌｉｎｇｏｆｃｏｌｄ￣ｆｏｒｍｅｄｓｔａｉｎ￣ｌｅｓｓｓｔｅｅｌｓｅｃｔｉｏｎｓ:ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１０ꎬ１３６(４):３５４￣３６０.[１０]赵金友ꎬ王钧ꎬ董俊巧.Ｇ５５０高强冷弯薄壁槽钢受弯构件力学性能与设计方法[Ｊ].土木建筑与环境工程ꎬ２０１６ꎬ３８(５):９９￣１０７.[１１]陶忠.腹板中间Ⅴ型加劲卷边槽钢柱单波型和多波型相关屈曲性能分析和试验研究[Ｄ].西安:西安建筑科技大学ꎬ２０００.[１２]叶文华.工程中常用截面的冷弯钢构件的优化和设计[Ｄ].宁波:宁波大学ꎬ２０１８.[１３]赵金友ꎬ高熙皓ꎬ饶敏ꎬ等.Ｇ５５０高强冷弯薄壁卷边槽钢受弯构件承载力直接强度法研究[Ｊ].建筑科学ꎬ２０１８ꎬ３４(３):４３￣４８.[１４]全国钢标准技术委员会.金属材料㊀拉伸试验㊀第１部分:室温试验方法:ＧＢ/Ｔ２２８.１ ２０２１[Ｓ].北京:中国标准出版社ꎬ２０２１.[１５]王子龙.腹板Ｖ形加劲的冷弯卷边槽钢轴压下局部和畸变屈曲分析[Ｄ].哈尔滨:哈尔滨工业大学ꎬ２００６.[１６]ＳＣＨＡＦＥＲＢＷꎬＰＥＫÖＺＴＴ.Ｄｉｒｅｃｔｓｔｒｅｎｇｔｈｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｃｏｌｄ￣ｆｏｒｍｅｄｓｔｅｅｌｍｅｍｂｅｒｓｕｓｉｎｇｎｕｍｅｒｉｃａｌｅｌａｓｔｉｃｂｕｃｋｌｉｎｇｓｏｌｕｔｉｏｎｓ[Ｃ]//１４ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｐｅｃｉａｌｔｙＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＣｏｌｄ￣ＦｏｒｍｅｄＳｔｅｅｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓꎬＯｃｔｏｂｅｒ１５ꎬ１９９８.ＳａｉｎｔＬｏｕｉｓꎬＭｉｓｓｏｕｒｉ:Ｍｉｓ￣ｓｏｕｒｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ１９９８.[１７]杜利.卷边Ｃ形截面不锈钢受弯构件畸变屈曲承载力研究[Ｄ].南京:东南大学ꎬ２０１９.[１８]张骥.Ｖ型加劲Ｃ形截面不锈钢梁畸变屈曲承载力试验及模型化研究[Ｄ].昆明:昆明理工大学ꎬ２０２２.(责任编辑:邱俊明)。
冷弯薄壁型钢结构屋架受力性能及设计方法研究的开题报告
冷弯薄壁型钢结构屋架受力性能及设计方法研究的开题报告一、研究方向与背景随着城市化进程的不断加速和人们生活水平的提高，住宅建筑的多样化和个性化需求也越来越高。
与传统的混凝土或钢结构房屋相比，冷弯型钢轻钢结构房屋具有轻、省、快的特点，已经成为了当今住宅建筑结构的重要发展方向之一。
冷弯薄壁型钢结构屋架作为冷弯型钢建筑结构的核心组成部分，在冷弯型钢房屋的安全性、经济性、环保性等方面扮演着至关重要的角色。
因此，对冷弯薄壁型钢结构屋架的受力性能和设计方法进行研究，对于提高冷弯型钢建筑结构的整体性能和可靠性有着重要的意义。
二、研究目的本文旨在针对冷弯薄壁型钢结构屋架，在理论分析的基础上，通过建立适用于冷弯型钢的分析计算方法，探究其受力特性和受力性能，为冷弯型钢房屋设计提供技术支持和依据。
三、研究内容和方法1.研究内容（1）冷弯薄壁型钢结构屋架的概念和发展历程；（2）冷弯薄壁型钢结构屋架的受力特性和受力性能，包括静力学特性、动力学特性、热力学特性等；（3）冷弯薄壁型钢结构屋架的设计方法和计算公式，包括稳定性计算、屈曲计算、弯曲扭转耦合计算等；（4）冷弯薄壁型钢结构屋架的应用实例和工程应用。
2.研究方法（1）文献调研法：通过查阅相关文献资料、掌握国内外研究进展和成果。
（2）模拟分析法：通过建立理论模型并进行数值模拟分析，探究冷弯薄壁型钢结构屋架的受力特性。
（3）实验研究法：通过设计实验方案、搭建实验平台进行实验研究，验证理论分析结果。
四、预期成果与意义本文旨在通过对冷弯薄壁型钢结构屋架的受力性能和设计方法进行深入研究，为冷弯型钢房屋的设计和应用提供技术支持和理论基础。
预期研究结果包括：（1）建立适用于冷弯型钢材的分析计算方法，探究冷弯薄壁型钢结构屋架的受力性能；（2）详细介绍冷弯型钢材的性能特点和应用场景，为冷弯型钢建筑结构的推广应用提供理论依据和技术支持；（3）通过案例分析，探究冷弯薄壁型钢结构屋架的工程应用和实践操作。
冷弯薄壁C型钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究及有限元分析
冷弯薄壁C型钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究及有限元分析时圣占;李建雄;王铎;朱坚强;霍兵【期刊名称】《建筑结构》【年(卷),期】2024(54)8【摘要】为探究冷弯薄壁C型钢-混凝土组合梁受弯性能,制作并设计了5个不同断面组合形式的组合梁试件,并对其进行抗弯性能试验研究,分析其承载性能、破坏机理。
在试验基础上,通过有限元分析软件ABAQUS对此组合梁进行非线性分析,对其进行参数分析,研究材料、尺寸对组合梁性能的影响。
基于试验研究与有限元模拟分析,建立冷弯薄壁C型钢-混凝土组合梁的承载力模型,对其承载力、刚度进行理论分析。
结果表明:各组合梁的主要破坏形式均属于延性破坏;采用ABAQUS建立的组合梁有限元模型能较好地模拟冷弯薄壁C型钢-混凝土组合梁的受力过程。
随着C型钢屈服强度的增加,极限荷载最高提高56.5%;C型钢厚度每增加1mm,极限荷载平均提高28.5%;截面高度每增加50mm,极限荷载提高20%左右。
但是提高混凝土的强度等级对组合梁的承载力影响较小;推导出了适用于此种冷弯薄壁C型钢-混凝土组合梁的抗弯承载力及其刚度计算方法,发现计算结果与试验结果吻合较好。
【总页数】10页(P35-43)【作者】时圣占;李建雄;王铎;朱坚强;霍兵【作者单位】内蒙古工业大学内蒙古自治区土木工程结构与力学重点试验室【正文语种】中文【中图分类】TU398.9【相关文献】1.压型钢面板的冷弯薄壁型钢开孔组合墙抗剪性能试验研究2.冷弯薄壁型钢桁架组合楼盖抗弯性能试验研究3.冷弯薄壁型钢-细石混凝土组合梁抗弯性能研究4.冷弯薄壁型钢轻混凝土组合墙体抗弯性能有限元分析5.GFRP面板-冷弯薄壁型钢组合梁受弯性能试验研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
冷弯薄壁卷边C形不锈钢梁的力学性能试验
冷弯薄壁卷边C形不锈钢梁的力学性能试验
陶忠;叶彩凤;皇甫双娥;燕钊
【期刊名称】《南昌大学学报（工科版）》
【年(卷),期】2024(46)1
【摘要】为了研究冷弯壁薄卷边C形钢受弯构件的力学性能,以冷弯薄壁不锈钢梁为研究对象,重点研究加载条件、跨度对构件屈曲模式和受弯承载力的影响。
结果发现:试件的加载条件和跨度对冷弯薄壁卷边C形钢受弯构件屈曲模式和极限承载力的影响显著,纯弯加载下的短梁极限承载力高达169.1 kN,破坏模式为畸变屈曲,其余试件破坏模式也为畸变屈曲;腹板V型加劲能够有效抑制腹板鼓曲的产生,提高试件的极限承载力。
利用现有直接强度法修正公式的计算结果与试验结果进行对比,以验证公式的准确性。
【总页数】8页(P21-28)
【作者】陶忠;叶彩凤;皇甫双娥;燕钊
【作者单位】昆明理工大学建筑工程学院;云南省抗震技术研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TU391
【相关文献】
1.锈损冷弯薄壁C形钢梁受弯承载力试验研究
2.高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件畸变屈曲控制试验研究
3.高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件试验
研究及承载力分析4.高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面偏压构件试验研究及承载力分析5.纵向V型肋卷边C形不锈钢梁抗弯承载力试验研究
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冷弯薄壁C型钢梁柱节点受力性能研究
本文用八节点的实体单 元 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ４ ５来建 立 Ｃ型钢 、 节 点板及
螺栓 ， 用Ｃ ｏ ｔ ａ １ ７ ４和 Ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｌ ７ ０单元来 建立螺栓 头与 Ｃ型钢 以及 垫 板与 ｃ型钢的接触 。高强螺栓 的预拉力用预 紧单元来施加 。
节点网格划分如图 ２所示 。
载， 得到 了节点 的 Ｖ ｏ ｎ Ｍｉ ｓ ｅ ｓ 应 力云图和 弯矩一转 角曲线 ， 并 对 ｃ型钢 厚度 、 螺栓 间距 、 节点板厚 度对节 点的破坏模 式和连接 刚度
的影响进行 了分析 ， 得 出了有益的结论。 关键词 ： 冷弯薄壁型钢 ， 螺栓一钢板连接 ， 梁柱节点 中图分类号 ： Ｔ Ｕ ３ ２ ３ ． １ 文献标识码 ： Ａ
冷 弯 薄 壁 Ｃ型 钢 梁 柱 节 点 受 力 性 能 研 究
牵
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借
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（ 内蒙古科技大学建筑 与土木工程学院 ， 内蒙古 包头
０ １ ４ ０ １ ０）
摘
要： 用有限元分析软件 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 对双肢冷弯薄壁 Ｃ型钢梁柱节点的受力性能进行 了研 究 ， 建立 了节点模 型 ， 在梁端进行 静力加
Ｏ 引 言
冷弯薄壁型钢指用 钢板或 带钢在 冷状 态下弯 曲成 的各种 断
即 ＝Ｕ ｙ ＝ ＝ ０ ， 将柱子上端 ， ｚ 方向的平动位移约束住 ， 即 ＝
＝
０ 。加载制度为在梁端所有节点上施加 正方 向荷 载 ， 如图 ３
面形状 的成 品钢材 ， 它 的壁厚可 以小到 １ ｍ ｍ或不足 １ ｍ ｍ。冷弯 薄壁型钢是一种经 济高效 钢材 ， 其与传 统 的热轧钢 材相 比 ， 具 有 强度高 、 自重轻 、 工厂 化程度 高 、 安装简便 、 施 工劳 动强度 低 等诸 多优点 ， 在工程建筑领域发挥着重大 的作用 。 本文采用有 限元分析软件 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ对 螺栓连接 的双肢冷 弯薄
冷弯薄壁C形钢檩条加固承载力试验研究
冷弯薄壁C形钢檩条加固承载力试验研究冷弯薄壁型钢作为一种新型的高效型材,因其材料轻质高强,加工设备简单便捷,被广泛应用于工业、农业及民用建筑中。
冷弯薄壁C型钢檩条常作为围护结构应用于钢结构工业厂房中,起到减小屋面跨度且方便屋面板铺设的作用。
由于土地资源有限,近几年数家能源公司在全国多个地方,采用在轻钢结构工业厂房房顶增设光伏设备用以发电,光伏设备造成原厂房超载,需要对C型钢檩条和原钢框架进行加固,本文以河南省焦作市中轴集团东风工业园厂房顶增设光伏设备为例,研究探讨对C型钢檩条的加固方法。
针对冷弯薄壁C型钢檩条的屈曲模式,本文提出了两种加固方案,采用试验和有限元模拟两种方法进行研究。
具体研究内容如下:(1)在冷弯薄壁C型钢檩条的开口侧增设连接缀板。
考虑缀板宽度和缀板间距两个变量进行研究,首先采用试验方法,分析檩条最不利截面处的荷载-位移曲线及荷载-应变曲线。
讨论不同加固方式下檩条的极限承载力提高程度。
其次,考虑材料非线性、几何非线性等因素,选取合理本构关系,建立有效的加固后的C型钢檩条有限元模型,分析不同加固方式的加固效果。
将试验研究与有限元模拟计算结果进行对比分析。
分析结果表明:增设连接缀板加固C型钢檩条卓有成效。
加固后的檩条抗弯刚度与极限承载力均有明显提高,且加固效果随着连接缀板的宽度的增大和缀板间布置间距的减小而提高。
(2)利用C型薄壁钢板将两根简支的冷弯薄壁C型钢檩条连接成为连续檩条。
分别使用自攻螺钉和粘结剂进行连接,首先进行试验研究,对试验结果进行分析,分析檩条最不利截面处的荷载-位移曲线,讨论不同连接方式下加固后檩条的极限承载力提高程度。
其次,建立有限元计算模型,分析不同连接方式下加固后檩条的加固效果。
将试验研究与有限元模拟计算结果进行对比分析,讨论加固的有效性。
分析结果表明:当使用粘结剂对檩条及C型薄壁钢板进行连接时,加固后的连续檩条整体抗弯刚度提升较大,极限承载力表现也较为良好;仅用自攻螺钉对檩条及C 型薄壁钢板进行连接时,自攻螺钉的位置对连续檩条的加固效果影响较大。
冷弯薄壁型钢组合柱受力性能研究进展 张宁美1 康轶涛2
冷弯薄壁型钢组合柱受力性能研究进展张宁美1 康轶涛2摘要：冷弯薄壁型钢组合柱是通过自攻螺钉连接2个或多个冷弯薄壁C型、U型钢而形成的组合立柱。
本文介绍了国内外冷弯薄壁型钢组合柱的设计规范，总结了国内外对冷弯薄壁型钢组合柱受力性能的理论研究成果，最后在分析的基础上总结了冷弯薄壁型钢组合柱受力性能研究目前急需解决的问题。
关键词：冷弯薄壁型钢；组合柱；受力性能Research Progress on the mechanical performance of cold-formed thin-walled steel composite columnsZHANG Ningmei1，KANG Yitao2（1.MCC No.5 Group Shanghai Co.Ltd.，Shanghai 201999，China；2．College of Architecture and Civil Engineering，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China）Abstract：The cold-formed thin-walled steel composite column is a composite column formed by connecting 2 or more cold-formed thin-walled C and U steel through a self tapping screw.This paper introduces the design and specification of cold-formed steel columns，summarized the cold-formed steel column stress performance theory research results，on the basis of the analysis of the stress of cold-formed steel columns on the urgent.Key words：Cold-formed thin-walled steel，Composite column，Mechanical performance1 前言近年来，冷弯薄壁型钢构件得到了大力发展，充分发挥了冷弯薄壁型钢体系的用钢量低，自重轻，工业化程度高，施工周期短等优点。
冷弯薄壁型钢四肢组合受弯构件承载力研究
冷弯薄壁型钢四肢组合受弯构件承载力研究摘要：冷弯薄壁型钢作为一种轻型材料，具有良好的结构性能和延性，现已广泛应用于轻钢住宅体系中。
本文对冷弯薄壁型钢四肢组合受弯构件承载力进行了详细的分析。
关键词：冷弯薄壁型钢；承载力；有限元法冷弯薄壁型钢在建筑行业中被广泛应用，它是一种通过冷弯过程改变其截面形状而提高力学性能的轻型钢结构。
最常见的截面形式有C形、U形和Z形，可用作钢架、桁架、梁、柱等主要承重构件，以及屋面檩条和屋面板等次要构件和围护结构，具有轻质高强、空间布置灵活、抗震性能好、生产周期短等优点。
一、试验方案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。
此外，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1min，直至破坏，由于试件加工过程中有误差，试验前应对试件的实际尺寸进行测量。
二、非线性有限元分析1、有限元模型的建立。
采用ANSYS通用有限元程序，对两端简支的冷弯薄壁型钢组合截面受弯构件进行分析。
采用塑性壳单元shell181模拟各组成构件，试件的材料特性曲线根据材性试验结果简化为线性硬化弹塑性关系曲线。
自攻螺钉的约束效果通过耦合该位置χ、y、z三个方向节点自由度来实现，由于在试验过程中并未观察到自攻螺钉的脱落或破坏，这种简化的模拟方法不会忽略由于自攻螺钉自身破坏而产生的影响。
为避免内层C型构件和外层U型构件在变形过程的相互侵入，在C型构件和U型构件的接触面上定义接触对，模拟组成构件之间的相互作用，其中，接触单元的摩擦因数根据规范取为0.25，法向接触刚度在满足收敛性的条件下取0.1～1.0。
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第 ６期
四川建 筑科 学研究
Ｓ ｉ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ７７
２ ０ １ ３年 ｌ ２月
不同构造木 、 冷弯薄壁 Ｃ型钢 组合框架剪力墙 受 力性 能 的 试 验 研 究
刘 雁 ， 张 超， 徐远 飞
（ 扬州大学建筑科学 与工程学 院 ， 江苏 扬 州 ２ ２ ５ １ ２ ７ ）
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摘 要： 由木规格材作为顶梁板 和底梁板的冷弯薄壁型钢木结构 是一种新型结 构体系 。通过 对 ４组不 同间距墙骨
柱 和不 同间距 自攻螺钉组成 的冷弯 薄壁 型钢木框架组合剪力墙进行 单向加载和反复加 载试验 ， 得到 了该 体系墙体
的破坏 形态 、 抗剪强度 、 抗侧刚度 、 荷载一 位移 等受力性 能 。试验 结果表 明： 与标 准构造 的剪力墙 相 比， 随着 墙骨柱
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பைடு நூலகம்
和边框架 自攻螺 钉间距的减小 ， 剪力墙的抗剪强度和抗 侧刚 度提高 ； 墙 骨柱 间距 不 同对 剪力 墙的影 响大于 自攻螺
钉 间距 的影 响 。
关键词 ： 冷弯薄壁型钢木组合 框架剪力墙 ； 墙 骨柱间距 ； 自攻 螺钉间距 ； 受力性 能 中图分 类号 ： Ｔ Ｕ ３ ９ ８ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ８—１ ９ ３ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６— ０ ７ ７— ０ ５
Ｔｅ ｓ ｔ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｗｏ ｏ ｄ ． ． ｃ ｏ ｌ ｄ ． ． ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｄ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｆ ｒ ａ ｍｅ ｓ ｈ ｅ ａ ｒ ｗａ ｌ ｌ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ｄ ｉ ｆｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ｅ ｄ ｃ ０ ｎ ｆ ｉ ｇ ｕｒ ａ ｔ ｉ ０ ｎ ｓ
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