雙肢拼合冷彎薄壁型鋼構件屈曲分析

摘 要：單肢開口冷彎薄壁型鋼構件容易發生平面內和平面外失穩，為了解決這個問題，文章采用大型通用有限元軟件ANSYS，針對提出的一種新型雙肢拼合冷彎薄壁型鋼構件進行非線性屈曲分析。分析表明：雙肢拼合冷彎薄壁型鋼構件的穩定性能得到明顯提高。

關鍵詞：冷彎薄壁型鋼；有限元；屈曲分析

引言

冷彎薄壁型鋼具有自重輕、剛度大等優點，現已廣泛應用于現行建筑結構體系中。單肢的開口構件通常可用于門式剛架的檁條和屋面板等次要維護構件中，但是其抗扭能力差、兩主軸慣性矩差別較大等缺點，容易發生平面內和平面外失穩，導致構件發生破壞，進而影響整體結構的穩定性，極易發生工程事故[1-2]。針對開口構件的這些缺點，文章提出的新型構件截面形式能夠很好地解決這個問題。

1 有限元模型的建立

1.1 模型描述

文章選用構件以檁條為例，檁條長度為4m，間距為1.5m，基本雪壓0.4kN/m2，基本風壓0.4kN/m2；屋面均布活載為0.3kN/m2，構件自重0.1kN/m2；壓型鋼板取0.15kN/m2。C型鋼采用的尺寸為160×70×20×3，連接板為280×170×5。模型圖如圖1-圖4。

1.2 單元選取

文章基于ANSYS建立有限元模型，單元采用SHELL181，CONTA174，TARGE170，通過建立接觸對來進行建模，網格采用自主劃分方式。

1.3 材料屬性

鋼材的彈性模量為2.1×105MPa，泊松比為0.3，密度為7850kg/m3。

1.4 邊界條件

約束施加在兩端螺栓孔，限制其六個方向的位移。

1.5 施加載荷

在構件上表面施加0.1Mpa的力。

2 有限元分析

文章采用弧長法進行求解，求解結果如圖5-圖6。

由應力云圖和變形圖可知，新型拼合構件跨中沒有出現單肢構件常見的畸變屈曲和局部屈曲等情況，應力分布也更加均勻。

3 結束語

（1）新型拼合構件能夠很好地解決單肢開口構件存在的穩定性問題。

（2）從連接方式的角度來說，國內關于雙肢拼合冷彎薄壁型鋼構件的連接多采用自攻螺釘進行連接，采用對焊的方式連接的研究相對較少。

（3）從創新性角度來說，檁條端部通常深入斜梁采用連接板和檁托連接，該構件端部連接只需采用外伸連接板進行螺栓連接。

參考文獻

[1]JGJ227-2011.低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術規程[S].北京：建筑工業出版社，2011.

[2]趙一婕，杜兆宇，張其林.冷彎薄壁型鋼四肢組合受彎構件承載力研究[J].湖南大學學報，2012，39（11）：29-34.