單根C型冷彎懸臂構(gòu)件滯回性能研究

李彭舉

【摘 要】冷彎薄壁型鋼構(gòu)件翼緣和腹板鋼材厚度小、寬厚比較大，其力學(xué)性能與普通鋼構(gòu)件有很大差別。本文在冷彎薄壁型鋼材性試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行了三組懸臂構(gòu)件的有限元滯回性能分析，結(jié)果表明：構(gòu)件在循環(huán)荷載作用下發(fā)生彎曲扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)破壞;循環(huán)荷載作用下構(gòu)件的截面尺寸對(duì)承載力有較大影響;本批冷彎薄壁型鋼材料具有較好的延性。

【關(guān)鍵詞】冷彎薄壁型鋼;材性試驗(yàn);有限元;滯回性能

中圖分類號(hào)： TU392.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）29-0190-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.29.090

Study on the Hysteresis Behavior of the Single Cold-formed Steel Cantilever Component with C-section

LI Peng-ju

（Henan Economy and Trade Vocational College，Zhengzhou Henan 450000，China）

【Abstract】Both flange and web of the cold-formed steel members show small thickness and large width-to-thickness ratio，such exhibits mechanical behavior quite different from ordinary steel components.Based on material tests of cold-formed steel，the finite element analysis of hysteretic behavior for three groups of cantilever component was studied in this paper.The results showed that the components experienced torsional coupling failure under cyclic load， such section size had greater effect on the bearing capacity.Moreover，this batch of cold-formed Steel products had good ductility.

【Key words】Cold-formed steel;Material tests;Finite element;Hysteretic behavior analysis

0 引言

建筑工業(yè)化政策的逐步落實(shí)使得鋼結(jié)構(gòu)房屋得到迅速發(fā)展，冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)體系由于施工速度快、裝配化程度高、充分發(fā)揮鋼材力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)而備受業(yè)主和研究人員的關(guān)注。

冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)住宅體系主要由墻體、樓蓋、屋蓋及圍護(hù)結(jié)構(gòu)組成。墻體結(jié)構(gòu)由密龍骨、上下導(dǎo)軌和墻板組成;樓蓋結(jié)構(gòu)由樓蓋梁、樓面板和吊頂組成;屋蓋結(jié)構(gòu)由屋架、屋面板、吊頂組成。冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)是一種板肋結(jié)構(gòu)體系，板肋結(jié)構(gòu)的平面剛度較大，可以抵抗水平風(fēng)荷載和地震荷載[1]。1947年，Green，Winter以及Cuykendall[2]對(duì)冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)組合墻體中墻面板和墻架柱之間相互作用進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)研究，研究結(jié)果認(rèn)為在組合墻體中，與柱相連的墻面板對(duì)柱主要起側(cè)向彈性支撐作用。1993-1994年，Miller T.H.和Pekoz T.[3]進(jìn)行了組合墻體豎向承載力足尺試驗(yàn)，該試驗(yàn)主要研究了槽鋼、雙面扁鋼帶和雙面石膏墻板（GWB板）支撐墻架柱在軸心荷載作用下的受力性能以及荷載偏心時(shí)墻架柱的承載力變化。研究結(jié)果表明：在組合墻體中，墻架柱的間距對(duì)墻架柱承載力的影響較小;石膏墻板對(duì)其墻架柱提供的支撐作用有別于蒙皮支撐作用。沈祖炎[4]對(duì)一批屈服強(qiáng)度為550MPa的高強(qiáng)冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行了可靠度分析。在按厚度分類合理確定高強(qiáng)冷彎薄壁型鋼的強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)后，可依據(jù)現(xiàn)行的《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GB 50018-2002）[5]給定的考慮面板穩(wěn)定計(jì)算截面有效寬厚比的方法對(duì)其軸心受壓構(gòu)件的極限承載力進(jìn)行有效分析，并能滿足預(yù)定設(shè)計(jì)可靠指標(biāo)的要求。長(zhǎng)安大學(xué)石宇[6]對(duì)冷彎薄壁卷邊槽鋼軸心受壓構(gòu)件的承載力進(jìn)行了試驗(yàn)和有限元分析。結(jié)果表明：冷彎薄壁C型鋼軸心受壓構(gòu)件的極限承載能力隨構(gòu)件翼緣寬厚比、腹板高厚比、長(zhǎng)細(xì)比以及鋼材強(qiáng)度的增大而減小。并提出了采用折減強(qiáng)度法計(jì)算C型鋼軸心受壓構(gòu)件承載力，給出了考慮局部屈曲、整體屈曲和畸變屈曲引起的構(gòu)件屈服強(qiáng)度折減的軸心受壓構(gòu)件承載力計(jì)算公式。

冷彎薄壁型鋼構(gòu)件翼緣和腹板鋼材厚度小、寬厚比較大，其力學(xué)性能與普通鋼構(gòu)件有很大差別。正確認(rèn)識(shí)冷彎薄壁型鋼構(gòu)件性能是研究整體冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。因此，本文在進(jìn)行了冷彎薄壁型鋼材料力學(xué)性能試驗(yàn)基礎(chǔ)上，運(yùn)用有限元對(duì)單根C型冷彎鋼構(gòu)件進(jìn)行了滯回性能分析。

1 材性試驗(yàn)

試件材料為Q235B級(jí)鍍鋅鋼板，基材名義厚度為1.0mm。根據(jù)現(xiàn)行《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》（GB/T228.1-2010）[7]的規(guī)定制作試樣，試樣尺寸如圖1所示。圖中b=15mm，s0=b×t=15mm2，L0=11.3■=44mm，Lc=L0+20=64mm。

圖1 材性試件尺寸

Fig.1 Size of material properties specimen

材性試驗(yàn)設(shè)備采用100kN微機(jī)控制萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，采用電子引伸儀測(cè)量應(yīng)變，計(jì)算機(jī)全程自動(dòng)控制加載和記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)設(shè)備如圖2所示。