蜂窝钢梁受力性能分析_苏益声

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1、第13卷第1期红水河Vol.13,No.l蜂窝钢梁受力性能分析苏益声(广西大学南宁530004)摘要本文分析了六边形孔和圆孔蜂窝钢梁受荷时的应力分布特征、挠曲变形特点以及破坏形式。关键词蜂窝钢梁分析挠曲变形。l概述2应力分布,在工字型钢的腹板上按连续的梯形折线六边形孔蜂窝梁在荷载作用下梁墩截,,然后再重新组合焊接在一起就;或弧线切割面上的正应力分布呈非线性而随着梁扩张1)。,。制成了六边形孔或圆孔蜂窝钢梁(图蜂比的减小正应力分布趋近于直线分布梁、、、窝钢梁具有自重轻抗弯刚度大承载力高桥截面上正应力呈梯形分布。在梁桥趾截面。经济效益显

2、著等特点因此这是一种很有发,上由于受剪力产生的次弯矩作用该截面上展前途的新型钢构件。蜂窝梁可用于工业民的正应力包括弯矩正应力和次弯矩正应力两、用建筑和水利水电工程各种框架梁平台梁。。.部分在孔角上存在应力集中Ale的试Ba。和钢闸门梁等方面笔者根据国内外一些有验表明,孔角处应力峰值达到理论计算应力,关蜂窝钢梁的试验资料和理论计算结果分值的二倍。因此,梁的破坏也往往是从孔角析了六边形孔与圆孔两种不同形式蜂窝梁的上出现塑性区域开始的。,、、受力性能包括梁的应力分布破坏形式挠曲变形的特点。图1六边形孔和圆孔蜂窝梁图2梁墩和梁桥趾截面正应力

3、分布.ll,·儡豁.lll图3圆孔蜂窝梁孔周边正应力分布红水河1994年第1期对于圆孔蜂窝梁,最大正应力出现在圆3挠曲变形孔周边上。图3a是弯矩作用产生的正应力在在一般实腹式型钢梁中,剪力对梁的挠。印,Q二。,。圆孔周边上的分布~0时值最大图曲变形的影响是很小的可以忽略不计对,3b是次弯矩产生的正应力在圆孔周边上的于蜂窝梁由;于高跨比较大同时腹板不连。印。,o、。,分布约在一25左右处值最大图3c续且面积削弱较多因而剪力引起的挠曲变是弯矩正应力与次弯矩正应力迭加后的应力形就绝对不能忽视。蜂窝梁的挠曲变形由弯分布图。矩、剪力和次弯矩等

4、引起的三项挠度所组成,总,。,。圆孔蜂窝梁在制作上比六边形孔蜂窝梁即f~f+f+fc剪力和剪力次弯矩对梁,,、要复杂些但前者避免了孔角上的应力集中产生的挠度占总挠度的比例与荷载形式梁其承载力也可比后者提高10~15%左右。的扩张比及高跨比有关。在集中荷载作用下,剪力和剪力次弯矩产生的挠度比例就比均布,;_l一荷载的要大随着梁高跨比和扩张比的增大一剪力和剪力次弯矩产生的挠度比例也会增〕大。剪力次弯矩对每个蜂窝孔单元引起的挠瓢曲变形见图5。它是由梁桥在剪力作用下的.,。弯曲变形和梁墩转动变形迭加而成的,A.Bazile的试验表明蜂窝梁的

5、挠度与荷载图4梁墩截面剪应力分布。关系曲线可分为三段(图6)前两段为线性,,。在进行实腹式型钢梁设计时人们往往关系但斜率不同当孔角上出现塑性区域忽略剪。,,力对腹板强度的影响这是因为剪力时梁挠度明显增加挠度一荷载关系为曲,,。对腹板强度影响较小可忽略不计的缘故而线关系,对于蜂窝钢梁则不能忽略因为腹板面积有P。了较大的削弱。试验结果表明,在梁墩腰处,。剪应力出现峰值(图4)蜂窝梁有可能由于/“‘,该处剪力过大而破坏因此在设计中要考虑该处剪力对连接焊缝的影响。如不满足则须加大梁墩宽度。如焊缝强度满足要求,则主体结构也是安全的。0}图6荷

6、载与挠度关系通破坏形式:蜂窝梁的破坏形式可分为三类弯曲破坏、剪切破坏和丧失稳定(图7)。弯曲破坏又分为弯曲强度破坏和挠曲变形过大而影响正常使用。剪切破坏的原因是,,因为靠近支座处剪力较大而腹板削弱较多使孔角上出现塑性铰而引起,因此在设计蜂窝梁时不能片面追求增大扩张比。虽然扩张图5单元剪力次弯矩挠曲变形,.比大梁惯性矩较大但将减小梁截面的抗:苏益声蜂窝钢梁受力性能分析腹板局部失稳主要是因为腹板上的剪应力和集中荷载作用处局部压应力作用,以及腹板竺⋯沪吞瓦治廷一寻汤苍虱较薄弱所致。梁腹板的局部失稳,必然影响梁整体稳定承载力,在构造上应注意

7、设加劲肋。5六边形孔和圆孔蜂窝梁比较目前,在我国已有采用六边形孔蜂窝梁,。的例子但还未见采用圆孔蜂窝梁六边形,。孔蜂窝梁制作较简单内力计算也较方便但,根据理论计算和实验结果圆孔蜂窝梁的承。、可汗可载力比六边形孔蜂窝梁高15%左右表l表,。2列出用l制作的同样尺寸的六边形孔蜂窝图7蜂窝梁的破坏形式梁和圆孔蜂窝梁试验和理论计算结果的对。剪承载力梁丧失稳定分为整体失稳和腹板比。。,,局部失稳蜂窝梁由于截面高而窄侧向抗从表l可知圆孔梁最大应力比六边形,弯刚度和抗扭刚度较小很容易出现梁整体孔梁降低13%左右。试验最大应力也比孔角,:失稳故在构

8、造上要采取措施如加设侧向上的应力低15%左右。圆孔蜂窝梁避免了多。支撑;或密布刚性铺板并与上翼缘焊牢等梁。边形孔梁孔角上的应力集中现象表l蜂窝梁应力计算值表不寻下下平--一竺一竺生二一斗i二二_一)一}⋯,一·一+一”一‘577.‘一