C形冷弯薄壁型钢切割短柱轴压试验

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冷弯薄壁C型钢梁弯曲性能的试验研究

《备制造技术｝０２第７期装２１年
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）１０１
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：Ｕ９．Ｔ３２１文献标识码：Ａ文章编号：６２５５２１０ — ２３０１７ — ４Ｘ（０２）７０７ — ２
Ｕ１２３４
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。１０ＩＩ的试件比试０１Ｔ长０Ｔ１１０ｍ的试件，０ｍ６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１０一０ｍｍ，６一个是１０ｌ。０ｎｌ０ｎ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C型钢轴压短柱受力性能试验研究

￥收稿日期：０１３一Ｏ２１ —０５
基金项目：内蒙占ｆ然科学基金资助项目（０００２）内蒙占教育科研基金资助项Ｉ（Ｊｙ８７；１２１Ｍｓ７３；１Ｎｚ００４）内蒙古科技大学创新基金资助
项日（０９Ｃ３）２０Ｎ０８．
相应的对比分析．
４
旦
１２试件设计．
１２１试件截面尺寸与试件长度．．短柱试件截面为冷弯薄壁Ｃ型钢双肢背对背用节点板和螺栓连接的形式．节点板形状规则，为长方
３
Ｔ
ห้องสมุดไป่ตู้
８ｌＯ
形；直径为１ｍ的普通螺栓连接．件及试件的用２ｍ试
关键词：冷弯ｃ型钢；节点板连接；轴压短柱；受力性能
中图分类号：Ｕ９．Ｔ３２１文献标识码：Ａ
摘
要：对冷弯薄壁ｃ型钢轴压短柱的受力性能和破坏模式进行了试验研究．设计的截面形式为用节点板和螺栓
连接的双肢背对背Ｃ型钢，试件共７，个并对其进行了轴压承载力试验．研究了该短柱在轴向压力作用下Ｃ型钢型号（翼缘宽厚比）节点板厚度和节点板间距对短柱受力性能的影响．、
方向位移计为６个，别布置在距上端板Ｌ４Ｌ２分／，／，３／Ｌ４处的翼缘和腹板上；直方向位移计为１，垂个
布置在短柱的下端板上．
不同节点板厚度试件的受力性能，到试件在轴向得压力作用下的荷载一位移曲线和应力一变曲线，应并对试件的破坏机理、终破坏模式、限承载力进行最极

冷弯薄壁方钢管混凝土短柱轴压承载力的计算

在方形或矩形钢管中填充混凝土而形成的方形
或矩形钢管混凝土结构中，管对其核心混凝土的钢约束效果不如圆钢管显著，方形或矩形钢管混凝但土除了具有外形美观、点形式简单（梁连接节节与点构造处理简单）优点外，等还具有能有效地提高构件的延性及有利于抗火和防火等特点，到国内受
多，因为圆形钢管能对其核心混凝土起到有效的约束作用，而使混凝土的强度得以提高，性和韧性性塑能大为改善，且文献［］圆钢管混凝土构件的并１对
轴心受压作出了相应的规定。对于方形或矩形钢管
形钢管混凝土。其中圆形截面钢管混凝土采用得较
国际上，ｔ、Ｅ本欧洲和美国已经有相应的设计方
法，各国之间，但同一国家不同标准之间（如美国的
ＡＩ３８８，ＳＣ和ＬＦ都存在较大的差异，Ｃｌ —９ＳＬＲＤ）因此有必要对钢管混凝土构件进行深入的研究，以满足工程设计的需要。
外的普遍重视。
混凝土的受压承载力，防止钢管壁的局部屈曲，又充
分利用了两种材料的优点，而提高构件的承载从
能力。
１问题的提出
钢管混凝土结构按截面形式可分为圆形钢管混凝土、形钢管混凝土、形截面钢管混凝土和多边方矩

冷弯薄壁C型钢节点的抗震性能试验研究

ｏｌ —ｂｎｉｇＴｉ — ｌｄＣｔｅｎＣｏｄ — ｅｄｎｈｎ—ｗａｌＳｅｌｅ
ＬＵＺｉｈｎＬＵＺｉｆｎ ‘ＧＯＣｕｙｎＩｈ — ｏｇ，Ｉｈ — ｅｇ，Ａｈｎ— ａ。
（．ｅｇｎｅａｃｎｔｕａｔｔｌＧｏｐＣｒ．Ｂｏｏ１００ＮｉｎｇｌＣｉａ１ＤｓｎａｄＲｓｒＩｓｔｅｏｏｕＳｅ（ｒｕ）ｏ，ａｔ０４１，ｅＭｏｇｏ，ｈｎ；ｉｅｈｉｔｆＢｏｅｐｕ
２Ｓｈｏｏｖｎｉｅｎ，ｎｒｏｏａＵｉｒｔｏｃ／ｃｄＴｃｏｇ，ａｔ１１，ｄＭｎｇｌＯｉ）ｏｌｆＣｉＥｇｎｒｇＩｅＭｎｌｎｅｉｅｅｎｅｎ／ｙＢｏｕ０００Ｎｏｏ，ｔａｃｉｌｅｉｎｇｉｖｓｙｆＳｎａｈ￣ｏ４ｇｎ
ｅｗｅ．８ａ．６，ｆｔｒｓｆｅｓｄｇａａｏｈｎｒａｈｕｔａｅｌａａｄｓｒｎｅａａｉｆｅｅｇｉｓａｉｎＳｎｅｂｔｅｎ２３ｄ３５ｎａｅｔｎｓｅｒｄｔｎｗｅｅｃｌｍｔｏｄ，ｎｔｇｒｃｐｃｔｏｎｒｙｄｓｉｔ．ｉｃｓｉｉｉｏｙｐｏ
第３６卷第１期
２１００年２月
包
钢
科
技
Ｖ１３Ｎｏ１ｏ．６，．Ｆｂｕｒ，００ｅｒａｙ２１
ＳｉｎｅａｄＴｃｎｌｇｆＢｏｏｔｅｃｅｃｎｅｈｏｏｙｏａｔｕＳｅｌ

冷弯薄壁C型钢组合柱压弯性能试验研究

冷弯薄壁C型钢组合柱压弯性能试验研究
赵根田;刘凯;孙学勤
【期刊名称】《内蒙古科技大学学报》
【年(卷),期】2012(031)004
【摘要】设计了9个冷弯薄壁C型钢组合柱,进行单调加载试验,对其破坏模式和稳定承载力进行分析,试验参数为长细比、偏心距、节点板厚度与节点板间距.试验结果表明,试件的最终破坏模式为试件整体在弯矩作用平面内的弯曲失稳,以及试件受压侧翼缘和腹板的局部屈曲.长细比、偏心率是影响试件的承载力和刚度变化的主要因素,节点板间距和节点板厚度的影响有限.
【总页数】5页(P368-372)
【作者】赵根田;刘凯;孙学勤
【作者单位】内蒙古科技大学建筑与土木工程学院,内蒙古包头014010;包头市城乡基本建设办公室,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学档案馆,内蒙古包头014010
【正文语种】中文
【中图分类】TU392.1
【相关文献】
1.冷弯薄壁方钢管混凝土组合柱压弯性能研究 [J], 赵滇生;戴一虎
2.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 [J], 赵洋;闫维明;虞诚
3.冷弯薄壁型钢-钢混合结构双层墙体抗剪性能试验研究 [J], 周绪红;邹昱瑄;姚欣
梅;石宇;管宇;张海宾
4.新型冷弯薄壁型钢组合龙骨轴压性能试验研究 [J], 袁泉;索妮;吕东鑫;王泽辉;朱洪磊
5.覆竹木碳纤维板冷弯薄壁型钢墙体抗震性能试验研究 [J], 江忠画;张铮;陈笃海;胡凤翔
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冷弯薄壁型钢C型构件轴压受力机理分析

力偶来平衡。
图２显示的是端板中央的荷载和竖向位移关系曲线。为清晰可见，本图仅显示五条曲线，只截取重要部分显示。首先从并
ｓＵ，１５２ＳＵ．２２Ｓ．Ｕ，２１５对应曲线，可以看出刚度对Ｓ区的削弱更
为敏感。比较ＳＵ．２１５与ＳＵ．Ｑ４，２１５３５由于Ｕ区屈服强度的提高，大大加强了Ｕ区的薄膜效应，使之更有效的约束构件整体变形，减缓构件刚度退化，啦后强度空间大，而较大提高了构件屈从极限承载力。而比较Ｓ．Ｕ１５２与Ｓ．Ｑ４Ｕ，１５３５２由于Ｓ区屈服强度
而明确了Ｃ型构件的受力机理。
关键词：弯薄壁型钢，，冷ｃ型轴压，弯，剪机理
中图分类号：Ｕ９．Ｔ３２１文献标识码：Ａ
冷弯薄壁型钢一般是以热轧或冷轧钢作原料，常温状态在
选择基本构件Ｃ２４２２长度取１５０ｍ运用Ａ — １０× ０× ０× ，０ｍ，Ｎ
２７．６６２
ＳＵ．２１７ＳＵ１８２．
ＳＵ１９２．
２２
２
１７．１８．
１９．
７．０２４７．９３６
７．６４９
Ｓ．Ｑ４ｕ１５２７．６ｓｕ．Ｑ４２１５７．７１５３５２．４８２１５３５．６７注：Ｑ与ＵＳＱ分别表示加劲区域和非加劲区域的屈服强度
・

冷弯薄壁C型钢梁柱节点试验研究

冷弯薄壁C型钢梁柱节点试验研究提要：本试验对象为三个冷弯薄壁c型钢梁柱节点，同时采用有限元程序对该类节点的半刚性性能进行分析。

文中介绍了三个试件的试验、破坏形式、有限元分析结果，并阐述了各种因素对节点性能的影响。

关键词：，冷弯薄壁c型钢，梁柱节点，半刚性，有限元1.引言冷弯薄壁型c型钢梁柱连接处内力分布复杂、变形或转角易出现突变，其传力性能、稳定性、有效性等都将会影响整个结构的性能。

本文就是以该类梁柱构件的半刚性节点为研究对象，通过对三个不同构造形式的1:1足尺梁柱节点试件的试验，总结此种节点连接在低周循环荷载作用下的破坏机理及其影响因素。

2 试验装置及加载制度试件的计算简图如图2.1，试验加载装置图详见图2.2，表2.1 试件设计描述(单位:mm)试件编号试件描述 g－1 g－2 g－3加劲肋(mm) －350×150×5.0 －350×150×5.0 ——加劲件(mm) ————槽形件342×142×3.0顶、底连接角钢热轧l75×6.0 热轧l75×6.0 冷弯l105×75×5.0腹板连接角钢热轧l75×6.0 热轧l75×6.0 冷弯l75×5.0螺栓等级普通螺栓 8.8级普通螺栓螺栓规格 m12 m12 m12螺栓个数 25 25 393. 试件的破坏模式及规律3.1试验中梁柱节点的破坏现象有以下两类：1）节点转角过大破坏试件g-1、g-2为此种破坏模式。

一般半刚性节点的极限转动能力以节点转角超过0.045rad为极限状态，本次试件g-1转角达到了0.0546rad，试件g-2转角达到了0.054rad。

从试验的现象来看，试件g-1、g-2连接还具有很大的转动能力。

但由于加载装置的限制，在转角达到上述值时就中止加载，认为节点破坏。

2）角钢出现裂纹并且裂纹相互贯通破坏试件g-3为此种破坏模式。

冷弯薄壁C型钢轴压短柱承载力计算方法的改进

限承载力过程简便，并且局部屈曲荷载值源于试验，以使计
算值更接近试验结果。所以利用直接强度法计算求得的承载
力优越于我国规范中的直接强度法。
3 有效宽度法、直接强度法计算承载力与试验结
果比较
短柱试件截面为冷弯薄壁C型钢双肢背对背用节点板和
螺栓连接的形式。节点板形状规则，为长方形；用直径为
10mm的普通螺栓连接。试件的截面形式如图1所示，试件编
局部屈曲标准轴向荷载按下式计算：
（5）
式中： ——系数，
，
；
247
——构件的弹性局部屈曲荷载； ——构件的弹性局部屈曲临界应力。畸变屈曲标准轴向荷载按下式计算：
（6）
式中： ——系数，
，
；
——构件的弹性畸变屈曲荷载；
——构件的弹性畸变屈曲临界应力。
按照上述直接强度法公式计算冷弯薄壁型钢受压构件极
曲荷载、弹性局部屈曲荷载和弹性畸变屈曲荷载，只需采取
有效设计强度而不需采用有效截面的方法来加以考虑，即不
需要确定截面的有效宽度，直接用构件的毛截面及其几何特
性进行计算，再根据一系列函数关系来确定构件的极限承载
力。目前，直接强度法已经被纳入北美和澳洲冷成型钢结构
设计规范。而我国规范对此尚无明确的设计公式。
冷弯薄壁 C 型钢轴压短柱承载力计算方法的改进
孙阳
辽宁理工职业学院
摘要：用我国规范有效宽度法求得的冷弯薄壁型钢短柱构件极限承载力高于试验结果，倾向于不安全。所以，通过分析提出，按照《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002中的有效宽度法计算组合截面冷弯薄壁型钢受压构件承载力时，可以对计算结果乘以一个修正系数以示其原结果的不安全程度。由于有效宽度法在计算试件极限承载力时存在不安全性，因此本文引入另一种适用于冷弯薄壁型钢构件的计算方法，即直接强度法（Direct Strength Method，DSM）。将直接强度法和有效宽度法计算求得的短柱极限承载力与试验结果进行对比，结果表明，直接强度法的计算结果与试验值更为吻合，为使其结果更加经济、安全，本文提出适用于计算组合截面冷弯薄壁型钢受压构件承载力的直接强度法建议公式。

冷弯薄壁C型钢框架体系抗震性能试验研究

Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，２０１３Ｖｏ１．３２，Ｎｏ．３
第３２卷３期
文章编号：２０９５— ２２９５（２０１３）０３— ０２８７— ０６
冷弯薄壁Ｃ型钢框架体系抗震性能试验研究
马晓红，赵根田，程昆
（１．珠海格力房产有限公司，广东珠海５１９０２０；２．内蒙古科技大学建筑与土木工程学院，内蒙古包头０１４０００）
பைடு நூலகம்
关键词：支撑钢框架；抗震性能；轴压比；延性
中图分类号：ＴＵ３９２．１文献标识码：Ａ
ｓｉｇｎｅｄｉｎｏｎｅ－ｓｔｏｒｙｏｎｅ — ｓｐａｎｏｆｃｏｌｄｂｅｎｄｉｎｇｔｈｉｎ — ｗａｌｌｓｔｅｅｌｌｆａｍｅ．ｂｅａｍａｎｄｃｏｌｕｍｎａｄｏｐｔｅｄｃｏｌｄｂｅｎｄｉｎｇｔｈｉｎ — ｗａｌｌＣｓｔｅｅｌｃｏｍｂｉｎａ — ｔｉｏｎ，ｂｒａｃｅａｄｏｐｔｅｄｅｑｕｉｌａｔｅｒａｌａｎｇｌｅｓｔｅｅｌｓｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｒａｔｉｏａｎｄｂｒａｃｅｌａｙｏｕｔｏｎｓｅｉｓｍｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｏｆ

薄壁钢管混凝土短柱轴心受压性能实验分析

薄壁钢管混凝土短柱轴心受压性能实验分析发布时间：2022-06-22T06:56:37.469Z 来源：《科技新时代》2022年5期作者：杨泽天[导读] 在工程建设中所使用到钢管混凝土结构简单的来讲就是向截面形状不同的钢管中注入一定量的混凝土待二者有效结合以后来进行使用，该种结构与钢筋混凝土不同的地方在于无论是承载力还是抗变形的能力都得到了有效的提升，并且位于钢管内部的混凝土能够较为有效的缓解钢管的局部屈曲，让钢管所具有的材料性能得到有效的发挥，除此之外该种结构无论是在制作的便利性、施工的便捷性以及使用经济性上都有着自身独特的优势。

重庆大学工程力学重庆市 400050摘要：近年来随着我国整体综合实力的不断提升，各行各业的工程建设也在稳中有进的不断发展，而在工程建设过程中钢管与混凝土所组成的组合构件凭借着较好的使用性能以及较高的性价比被广泛使用。

在工程建设中所使用到的钢管混凝土构件其截面的形状多为方形、矩形以及圆形。

本文主要对截面形状为矩形的钢管混凝土构件进行受压实验并对轴心处的受力性能进行简要的分析。

关键词：薄壁钢管混凝土；短柱；受力分析一、引言在工程建设中所使用到钢管混凝土结构简单的来讲就是向截面形状不同的钢管中注入一定量的混凝土待二者有效结合以后来进行使用，该种结构与钢筋混凝土不同的地方在于无论是承载力还是抗变形的能力都得到了有效的提升，并且位于钢管内部的混凝土能够较为有效的缓解钢管的局部屈曲，让钢管所具有的材料性能得到有效的发挥，除此之外该种结构无论是在制作的便利性、施工的便捷性以及使用经济性上都有着自身独特的优势。

钢管混凝土构件截面形状的不同对混凝土的套箍效应也会有所不同，截面形状为圆形的钢管混凝土构件中其核心处混凝土所受到的约束是均匀的，截面形状为方形的钢管混凝土构件在其中部与角部混凝土所受到的约束较为明显，各边的中部混凝土所受约束较弱，截面形状为矩形的钢管混凝土构件受约束明显的部位与方形大致相同，但其长边中部对核心混凝土的约束较弱使其所受约束不均匀，与上述两种截面形状相比较其整体所具有的有效约束区域较小、承载能力较弱，故对其受力性能分析更加的复杂。

冷弯薄壁型钢C型构件轴压受力机理

Ｋｅｒｓ：ｏｄｆｒｅｔｅ；Ｃ—ｅｔｏｙｗｏｄｃｌ —ｏｍｄｓｅｌｓｃｉｎ；ｂｅｄｎ —ｈａｎｉｇｓｅｒ；ｍｅｈｎｓｃａｉｍ
冷弯薄壁型钢最大的特点就是壁薄、宽厚比大，导致其
１力学模型假设
在受力时，与传统热轧型钢有很大不同。传统热轧型钢构
好的约束自身变形的发当大的屈曲后承载力。因此，冷弯薄壁型钢构件的各板件以及板件的不同区域都有着不同的作用，板件之间的作
受到的荷载也相应较大。由于各板件规律一样，本文只重点研究腹板受力机理。对冷弯薄壁型钢受力机理可以做出以下假设：在水平荷载作用下，剪力同样主要由加劲区域承担（而在热轧型钢中，力主要都是由腹板承受，剪并且中间剪力高于两侧）弯矩部分则由加劲区域产生力偶来平衡，，
ＡＮＡＬＹＳＳｏＮＥＣＨＡＮＩＭＩＭＳｏＦＣｏＬＤ－ｏＲＭＥＤＴＥＥＦＳＬＳＰＥＣⅡ ＥＮＳＵＮＤＥＲＡＸＩＡＬＬＯＡＤ
ＹＡＮ —ｕｎ，ＳＸｉ，ＷＡＮＧｉｇｎ。ＹａｇａｇＵａＺｈ．ａｇＰＥＮＧｉＴｎｇ
剪受力机理展开分析，运用有限元软件进行数值验证。
【关键词】冷弯薄壁型钢；型；；Ｃ剪弯机理【中图分类号】Ｔ３１Ｕ９【文献标识码】Ｂ【文章编号】１１６６（０２０ — ０５００ — ８４２１）３０６ — ３０
由于楼板严重缺失楼板没有足够刚度水平力不能可靠地传至剪力墙导致剪力墙实际承担的水平力偏大而框架部分承担的水平力偏小偏于安全设计时我们考虑剪力墙完全失效时框架部分的抗侧能力计算中取消剪力墙在原剪力墙暗柱位置设框架柱以此复核框架柱的截面和配筋

一种测定冷成型薄壁C型钢应力分布及其弯心或剪心的实验装置[发明专利]

专利名称：一种测定冷成型薄壁C型钢应力分布及其弯心或剪心的实验装置
专利类型：发明专利
发明人：黄兴
申请号：CN201310026611.9
申请日：20130118
公开号：CN103115701A
公开日：
20130522
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种测定冷成型薄壁C型钢应力分布及其弯心或剪心的实验装置。

该装置包括底座、立柱、带孔端板、冷成型薄壁C型钢、加载杆、固定端板、高强螺栓组件。

根据冷成型薄壁C型钢在工程实际中出现局部屈曲破坏的现象，在深入研究与分析其发生局部屈曲破坏的主要原因的基础之上，设计本发明实验装置用以测定各种型号的冷成型薄壁C型钢的弯心或剪心及其在外力作用下的应力分布情况。

申请人：上海大学
地址：200444 上海市宝山区上大路99号
国籍：CN
代理机构：上海上大专利事务所(普通合伙)
代理人：陆聪明
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锈损冷弯薄壁卷边槽钢短柱受压承载力试验研究

文章编号：1000-4750(2021)04-0191-09锈损冷弯薄壁卷边槽钢短柱受压承载力试验研究徐吉民1,2，幸坤涛1，高向宇2，徐善华3，郭小华1，聂彪3(1. 中冶建筑研究总院有限公司，北京 100088；2. 北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室，北京 100124；3. 西安建筑科技大学土木工程学院，西安 710055)摘要：为研究锈损对冷弯薄壁型钢短柱受压承载性能的影响，设计加工了6个轴压及6个绕强轴偏心受压短柱试件，首先通过拉伸试验，分析了材料力学性能与锈蚀程度间的关系，然后对试件进行承载力试验，分析其破坏模式、极限承载力及变形特征等特性，结果表明：锈损钢材的屈服、抗拉强度、弹性模量及伸长率均随锈蚀程度的增加呈线性下降趋势。

锈损未使短柱试件的最终破坏模式发生变化，但随着偏心距的增大，试件由腹板局部屈曲变为以畸变屈曲为主的耦合破坏模式；在相同锈蚀率条件下，轴压试件的极限承载能力较偏压试件退化更明显。

采用ABAQUS 有限元软件对试件进行数值模拟，计算结果表明其能够较好的预测试件承载力及屈曲行为。

关键词：锈损；冷弯薄壁型钢；承载力试验；受压构件；失稳模式中图分类号：TU392.1 文献标志码：A doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.06.0376EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON COMPRESSIVE BEARING CAPACITY OF COLD-FORMED THIN-WALLED LIPPED CHANNELSHORT COLUMNS WITH CORROSIONXU Ji-min 1,2, XING Kun-tao 1, GAO Xiang-yu 2, XU Shan-hua 3, GUO Xiao-hua 1, NIE Biao3(1. Central Research Institute of Building and Construction Co. Ltd, MCC Group, Beijing 100088, China;2. Beijing Key Lab of Earthquake Engineering and Structural Retrofit, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China;3. School of Civil Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China)Abstract: To investigate the effect of corrosion on the compressive bearing capacity of cold-formed thin-walled steel short columns, six specimens under axial compression and six specimens under eccentric compression around strong axes were designed and processed. First, the relationship between the mechanical properties of materials and the degree of corrosion was analyzed through tensile tests. Then, the bearing capacity tests of specimens were carried out, and the failure modes and ultimate load-bearing capacity were analyzed. The results show that the yield, tensile strength, modulus of elasticity and the elongation of corroded steel decrease linearly with the increase of corrosion degree. The corrosion of steel does not change the final failure mode of the short column specimens, but with the increase of eccentricity, the local buckling of the web becomes a coupling failure mode dominated by distortion buckling. Under the same corrosion rate, the ultimate bearing capacity of axially compressed specimens degrades more obviously than that of eccentrically compressed specimens. The ABAQUS finite element software was used to simulate the specimens. The results show that the ABAQUS software can better predict the bearing capacity and buckling behavior of the specimens.收稿日期：2020-06-14；修改日期：2020-10-29基金项目：“十三五”国家重点研发计划项目(2016YFC0701305)通讯作者：幸坤涛(1973−)，男，黑龙江人，教高，博士，硕导，主要从事结构耐久性与加固技术研究(E-mail: ******************).作者简介：徐吉民(1989−)，男，江苏人，高工，博士，主要从事结构耐久性与加固技术研究(E-mail: ***************);高向宇(1959−)，男，北京人，教授，博士，博导，主要从事结构防灾减灾与防护工程研究(E-mail: **************.cn );徐善华(1963−)，男，江苏人，教高，博士，博导，主要从事结构工程研究(E-mail: *****************);郭小华(1976−)，男，江西人，教高，硕士，硕导，主要从事结构耐久性与加固技术研究(E-mail: *****************);聂　彪(1992−)，男，江西人，博士生，主要从事结构耐久性研究(E-mail: *****************).第 38 卷第 4 期Vol.38 No.4工程力学2021年4 月Apr.2021ENGINEERING MECHANICS191Key words: corrosion; cold-formed thin-walled steel; bearing capacity test; compression member; buckling mode锈损将降低钢材的物理性能，进而导致钢结构承载性能的退化[1 − 2]，严重时将影响结构整体安全性。

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/Ｔ２２８.１２０２１«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３ｍｍｓ－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１ｋＮｓ－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１ｍｍｍｉｎ－１的速率加载到极限承载力ꎻ最后ꎬ以１ｍｍｍｉｎ－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 (ＡＩＳＩＳ１００２００１)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/(ｋＮｍ)Ｍｎｄ/(ｋＮｍ)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/Ｔ２２８.１２０２１[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)。

不锈钢C型截面短柱有效截面计算方法理论与试验研究的开题报告

不锈钢C型截面短柱有效截面计算方法理论与试验研究的开题报告一、研究背景与目的不锈钢被广泛应用于建筑、航空航天、电力、化工、医疗等领域，其中柱是建筑结构中承受纵向荷载和提供稳定性的重要构件。

对于某些特殊建筑结构和环境，要求柱材料具有耐腐蚀、不易生锈、美观等特点，因此不锈钢柱的应用正逐渐增多。

本课题旨在研究不锈钢C型截面短柱的有效截面计算方法。

有效截面的计算是确定柱抗弯和抗压强度的关键步骤。

但在实际工程中，由于不锈钢的物理性质与钢材的差异，现有的截面计算方法不一定适用于不锈钢材料。

因此，本课题拟通过理论分析和试验探究，建立适用于不锈钢C型截面短柱的有效截面计算方法，为不锈钢柱的设计提供参考依据。

二、研究内容和方法（一）研究内容1.对不锈钢的物理性质进行调研和分析，比较其与钢材的异同。

2.分析不锈钢C型截面短柱的受力情况，计算其弯曲和压缩荷载下的失稳载荷、塑性极限承载力等力学性能指标。

3.通过理论分析和数量模拟方法，提出不锈钢C型截面短柱的有效截面计算方法，并与现有的截面计算方法进行比较和验证。

4.进行不锈钢C型截面短柱的试验研究，验证所提出的有效截面计算方法的有效性和可靠性。

（二）研究方法1.文献调研法：对不锈钢的物理性质和C型截面短柱的受力机理进行系统的文献调研和资料收集，为理论分析和试验研究提供基础。

2.理论分析法：通过理论推导和计算，提出不锈钢C型截面短柱的有效截面计算方法。

3.数量模拟法：通过草图建模软件和有限元分析软件，模拟不同截面形状下的不锈钢C型截面短柱的力学性能，在理论分析的基础上，确定有效截面计算方法。

4.试验研究法：在试验室中对不锈钢C型截面短柱进行单调和循环加载试验，验证所提出的有效截面计算方法的可靠性。

试验数据分析将采用数值和统计方法。

三、预期成果和意义本课题将建立适用于不锈钢C型截面短柱的有效截面计算方法，并利用试验数据验证其真实性、准确性和可靠性。

其预期成果如下：1.建立适用于不锈钢C型截面短柱的有效截面计算方法，填补现有不锈钢柱子计算方法的空白。

冷弯薄壁C型钢轴压短柱受力性能试验研究

冷弯薄壁C型钢轴压短柱受力性能试验研究侯业;赵根田;孙阳;陈明;侯敏乐【摘要】对冷弯薄壁C型钢轴压短柱的受力性能和破坏模式进行了试验研究.设计的截面形式为用节点板和螺栓连接的双肢背对背C型钢,试件共7个,并对其进行了轴压承载力试验.研究了该短柱在轴向压力作用下C型钢型号(翼缘宽厚比)、节点板厚度和节点板间距对短柱受力性能的影响.【期刊名称】《内蒙古科技大学学报》【年(卷),期】2011(030)003【总页数】5页(P258-262)【关键词】冷弯C型钢;节点板连接;轴压短柱;受力性能【作者】侯业;赵根田;孙阳;陈明;侯敏乐【作者单位】包头市市政工程管理处,内蒙古包头014030;内蒙古科技大学建筑与土木工程学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学建筑与土木工程学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学建筑与土木工程学院,内蒙古包头014010;包头市市政工程管理处,内蒙古包头014030【正文语种】中文【中图分类】TU392.1冷弯型钢是一种经济性能较好的截面形式，它是以热轧或冷轧带钢为坯料经弯曲成型制成的各种截面形状尺寸的型钢［1，2］.目前，冷弯型钢主要应用在下列3个领域［3～5］: (1)轻钢工业建筑的主要构件.如建筑结构骨架等; (2)低层钢结构住宅(一般为3层以下);(3)建筑领域和市政建设需要的冷弯型钢，以及各种临时建筑等.本文对冷弯薄壁C型钢轴压短柱的受力性能和破坏模式进行了研究.设计了截面形式为双肢背对背用节点板和螺栓连接的形式的短柱，共7个，并对其进行了轴压承载力试验.研究了该短柱在轴向压力作用下C型钢型号(翼缘宽厚比)、节点板厚度和节点板间距对短柱受力性能的影响.根据试验结果对冷弯薄壁型钢的组合截面形式提出设计建议，以适应冷弯薄壁型钢构件的工程应用.本试验构件的构造是冷弯薄壁C型钢短柱形式，其构造是通过普通螺栓将两块冷弯薄壁C型钢以背对背的形式连接在一起，并在柱的两端和中间处夹有钢板以作为节点板，螺栓将节点板和两块冷弯薄壁C型钢紧紧的连接在一起.经过初步的受力分析可知，影响冷弯薄壁C型钢轴压短柱的受力性能和破坏模式的主要因素有: C型钢型号、螺栓的直径、间距和等级、节点板间距和节点板的厚度等.本试验将主要考虑3个影响因素:C型钢型号、节点板厚度和节点板间距.通过试验研究探索短柱荷载-位移和应力-应变的情况.试验共准备7个试件，根据上述3个影响因素将其分为3组.将7个冷弯C型钢短柱试件进行轴压加载试验，研究不同型号型钢、不同节点板间距和不同节点板厚度试件的受力性能，得到试件在轴向压力作用下的荷载-位移曲线和应力-应变曲线，并对试件的破坏机理、最终破坏模式、极限承载力进行相应的对比分析.1.2.1 试件截面尺寸与试件长度短柱试件截面为冷弯薄壁C型钢双肢背对背用节点板和螺栓连接的形式.节点板形状规则，为长方形;用直径为12mm的普通螺栓连接.试件及试件的截面形式如图1所示.试件编号及尺寸见表1.1.2.2 测点布置每个试件布置11片应变片，其中试件中央处布置7片如图2(a)，距上端板L/4处布置4片如图2 (b)，这些应变片是用来测定试件的局部屈曲临界荷载以及加载前对试件对中.同时布置7个位移计，用来测量试件压缩位移和弯曲位移.其中，水平方向位移计为6个，分别布置在距上端板L/4，L/2，3L/4处的翼缘和腹板上;垂直方向位移计为1个，布置在短柱的下端板上.试验采用YES-500型液压式压力试验机加载. C140试件采用单刀铰加载装置如图3所示，C160和C250试件采用单刀铰加载装置端板的厚度不同.考虑到刀口的高度与端板的厚度，在后续计算中，C140试件绕弱轴方向计算长度为L y=L+100，绕强轴方向计算长度为L x=L+180;C160和C250试件绕弱轴方向计算长度为Ly=L+204，绕强轴方向计算长度为L x=L+284，L为试件长度.按照上述加载制度进行试验，在试验过程中随时观察并记录试验现象.试件典型的破坏现象和破坏特征，如图4(a)，(b)所示.试件试验现象和破坏特征归纳总结如下: 所有试件最终整体破坏模式为绕弱轴的弯曲失稳破坏，最终破坏模式均为局部和整体的相关屈曲，最终的破坏机构为试件中部发生弯曲，试件局部屈曲如图4(a)所示，试件整体弯曲失稳破坏如图4 (b)所示.所有试件在出现整体屈曲之前均出现了明显的局部屈曲现象.在加载过程中，试件的扭转变形不大.在节点板间距相同，节点板厚度相同，C型钢型号不同(即翼缘宽厚比不同)的情况下，试件均出现了不同程度腹板凹凸的局部屈曲现象并较为明显，首先出现了局部屈曲并较为明显的是试件C140-1，其次是试件C160，最后是试件C250.试件破坏后，试件均发生整体弯曲失稳，没有发生螺栓滑移;在试件同一截面处，若腹板发生外凸变形，则翼缘发生向内凹曲，反之亦然.根据荷载测量数据可知，试件的极限承载力随着型钢型号的加大而增大，即翼缘宽厚比愈大承载力愈大;根据变形图与位移计测量值分析可知，随着型钢型号(翼缘宽厚比)的加大，试件发生的变形愈大.在节点板间距相同，C型钢型号相同(即翼缘宽厚比相同)，节点板厚度不同的情况下，试件选择型钢C140，试件均出现了不同程度腹板凹凸的局部屈曲现象并较为明显，首先出现局部屈曲现象的是试件C140-1，其次是C140-3，最后是试件C140-2.试件破坏后，试件均发生整体弯曲失稳，没有发生螺栓滑移;在试件同一截面处，若腹板发生外凸变形，则翼缘发生向内凹曲，反之亦然.根据荷载测量数据可知，试件的承载力随着节点板厚度的增加而增大;根据位移计数据可知，随着节点板厚度的增加，试件发生的变形愈大.在C型钢型号相同(即翼缘宽厚比相同)，节点板厚度相同，节点板间距不同的情况下，试件均出现了不同程度腹板凹凸的局部屈曲现象并较为明显，首先出现局部屈曲现象的是试件C140-4，其次是试件C140-5，最后是试件C140-1.试件破坏后，试件均发生整体弯曲失稳，没有发生螺栓滑移;在试件同一截面处，若腹板发出外凸变形，则翼缘发生向内凹曲，反之亦然.根据荷载测量数据可知，试件的承载力随着节点板间距的减小而增大;根据位移计数据可知，随着节点板间距的减小，试件发生的变形愈大.1.5.1 荷载-绕弱轴弯曲位移曲线试件腹板上距上端板L/4，L/2，3L/4处布置的3个位移计分别为3号，59号，1号，它们可测得荷载-绕弱轴弯曲位移曲线，该曲线可以直观地反映试件的对中、扭转及弯曲变形情况.当试件在对中良好的情况下，试件在初级加载阶段基本没有绕弱轴的弯曲位移，荷载-绕弱轴弯曲位移曲线表现为沿纵坐标轴垂直向上，否则荷载-绕弱轴弯曲位移曲线将偏离坐标纵轴;随着荷载的增加，3号，59号，1号位移计的位移值是否出现较大变化，则反映试件扭转及绕哪个部位出现弯曲变形较大.根据采集的数据得到了试件的荷载-绕弱轴弯曲位移曲线，各试件曲线如图5所示. 从图5可以看出，各试件在达到极限承载力之前，1号位移计、3号位移计和59号位移计的位移值基本相同，曲线基本吻合，试件破坏之后除C140-3的位移值偏移量稍大外，其余各试件的绕弱轴位移偏移量均较小，以上现象均说明试件在试验过程中基本没有出现扭转变形，各试件整体失稳模式均为绕弱轴的弯曲屈曲.从图5还可以看出，试件破坏后，试件C140-1的59号位移计的位移值大于1号、3号位移计测量得到的位移值，说明试件C140-1在59号位移计处，即试件中部发生弯曲屈曲变形最大;试件C140-2则在1号位移计处，即距上端板3L/4处发生弯曲屈曲变形最大;试件C140-3在3号位移计处发生弯曲屈曲变形最大;试件C140-4在59号位移计处发生弯曲屈曲变形最大;试件C140-5在59号位移计处发生弯曲屈曲变形最大;试件C160在59号位移计处发生弯曲屈曲变形最大;试件C250在59号位移计处发生弯曲屈曲变形最大.从上述最大弯曲屈曲变形部位可知，试件大部分在中间部位发生最大弯曲屈曲变形.1.5.2 试件破坏模式本次试验共完成冷弯薄壁C型钢短柱试件3组，共7个.通过试验得到了7个试件的极限承载力及其相应的破坏模式，见表2.表2中破坏模式为综合分析试验数据后确定的，所有试件的最终破坏模式均表现为局部屈曲和整体屈曲耦合破坏.通过试验可以得出如下结论:(1)所有试件在出现整体屈曲之前均出现了明显的局部屈曲现象，破坏模式均为局部和整体的相关屈曲，其最终整体破坏为绕弱轴的弯曲失稳破坏.(2)在节点板间距和厚度不变的情况下，试件的极限承载力随着型钢型号的逐渐加大而出现大幅度的递增趋势，即随着翼缘宽厚比的逐渐增大，试件的极限承载力呈现明显的增加.(3)在节点板间距和C型钢型号(即翼缘宽厚比)不变的情况下，当节点板厚度从4 mm增加到5 mm，试件的极限承载力增加的较为明显，当节点板厚度从5 mm增加到6 mm，试件的极限承载力增加的甚小.(4)在C型钢型号(即翼缘宽厚比)和节点板厚度不变的情况下，当节点板间距从440 mm增加到460 mm时，试件的极限承载力随着节点板间距的减小而增大.【相关文献】［1］陈绍蕃.钢结构(第二版)［M］.北京:中国建筑工业出版社，1996.［2］ GB50018—2002，冷弯薄壁型钢结构技术规范［S］.［3］张宜涛.壁厚2 mm以下冷弯槽钢轴压柱试验与设计方法研究［D］.西安:西安建筑科技大学，2008.［4］周丽红.高强冷弯薄壁型钢轴压短柱试验与理论研究［D］.西安:长安大学，2007.［5］郭彦林，张婀娜.卷边翼缘工形截面构件在轴心压力作用下的稳定承载力研究［J］.工业建筑，2009，39 (9):18-21.。

冷弯薄壁型钢C形梁受剪性能分析

冷弯薄壁型钢C形梁受剪性能分析姚欣梅;周绪红;张辉;石宇;管宇【摘要】为研究冷弯薄壁型钢C形梁的受剪性能,在已有试验基础上,采用ABAQUS有限元分析软件建立非线性数值模型,对比试验与有限元结果的受剪承载力、试件破坏特征、荷载-跨中挠度曲线等;进而探讨了C形梁剪跨比、腹板高厚比、腹板厚度以及钢材强度等因素对冷弯薄壁型钢C形梁受剪性能的影响.结果表明:剪跨比是影响冷弯薄壁型钢C形梁破坏特征的主要因素,当剪跨比在0.5～1.1之间时,C形梁处于纯剪切受力状态,此时破坏模式为剪切屈服;当剪跨比在1.1～2之间时,C形梁处于弯剪受力状态,此时破坏模式为弯剪破坏;随剪跨比的增加,冷弯薄壁型钢C形梁的受剪承载力及刚度均减小;当腹板高厚比在50～150之间时,冷弯薄壁型钢C形梁的受剪承载力及刚度随腹板高厚比增加而增大,跨中挠度减小;随着腹板厚度的增加,冷弯薄壁型钢C形梁受剪承载力及刚度明显提高;增加钢材强度可显著提高冷弯薄壁型钢C形梁受剪承载力,但对冷弯薄壁型钢C形梁的刚度影响较小.【期刊名称】《建筑科学与工程学报》【年(卷),期】2018(035)005【总页数】8页(P152-159)【关键词】冷弯薄壁型钢;C形梁;受剪承载力;有限元分析;截面特性【作者】姚欣梅;周绪红;张辉;石宇;管宇【作者单位】长安大学建筑工程学院 ,陕西西安 710061;长安大学建筑工程学院 ,陕西西安 710061;重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室 ,重庆400045;重庆大学土木工程学院 ,重庆 400045;天津国土资源和房屋职业学院 ,天津 300270;重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室 ,重庆400045;重庆大学土木工程学院 ,重庆 400045;长安大学建筑工程学院 ,陕西西安 710061【正文语种】中文【中图分类】TU3910 引言冷弯薄壁型钢C形梁作为冷弯薄壁型钢结构中的主要受力构件，在冷弯薄壁型钢组合墙体的过梁、组合楼盖以及屋架结构中得到广泛使用，其受力状态也相对复杂，冷弯薄壁型钢梁可能受到弯矩和剪力、腹板压屈、弯矩和腹板压屈的共同作用。

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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