冷弯薄壁型钢四肢组合受弯构件承载力研究
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
冷弯薄壁型钢_溷凝土组合楼盖受弯承载力试验研究
表 2 构件尺寸 Table 2 Dimension of components
构件名称
C 形楼盖梁 U 形边梁 U 形边梁 C 形支座加劲件
腹板厚 / mm 305 307 307 305
翼缘厚 / mm 41 35 35 41
卷边厚 / mm 14 — — 14
板厚 / mm 1. 56 1. 56 1. 56 1. 56
摘要： 通过对 4 个足尺比例冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖的受弯承载力进行单调静载试验研究，分析了压型钢板与冷弯薄 壁型钢梁连接的螺钉间距和楼盖梁数量改变对组合楼盖极限承载力的影响及破坏机理。研究表明： 在正常使用阶段，组合 楼盖具有较高的承载力和较小的变形； 减小螺钉间距和增加楼盖梁数量均能够提高组合楼盖的极限承载力。破坏模式主 要表现为楼盖梁发生弯扭屈曲的同时，受压区翼缘、卷边及毗邻腹板出现相关屈曲破坏，屈曲波长为相邻螺钉间距； 支座附 近混凝土与压型钢板为脱离、掀起破坏； 集中荷载作用点处楼盖梁为折曲破坏。采用考虑材料、几何和接触非线性 ANSYS 有限元程序对试验模型的受力性能进行了模拟，非线性有限元计算结果与试验结果吻合较好。在试验研究和有限元分析 基础上，提出了组合楼盖的简化计算模型和理论计算方法。 关键词： 组合楼盖； 冷弯薄壁型钢梁； 静力试验； 非线性有限元； 极限承载力； 破坏模式 中图分类号： TU398. 1 TU317. 1 文献标志码： A
试件 CFL-1 和 CFL-3 的详细构造见图 2。试件 CFL-2 与 CFL-1、试件 CFL-4 与 CFL-3 除了压型钢板 与冷弯薄壁 型 钢 梁 连 接 的 螺 钉 间 距 不 同 外，其 它 构 造完全相同。4 个 试 件 的 楼 盖 梁 均 采 用 规 格 为 C305 × 41 × 14 × 1. 56 的 C 形 截 面 冷 弯 薄 壁 型 钢，间 距 400mm。楼盖梁端部嵌套的边梁采用 U 形截面冷弯 薄壁型钢，规格为 U307 × 35 × 1. 56，并在相交部位上 下翼缘处各采用一个螺钉连接。支座加劲件的截面 规格同楼盖梁，与楼盖梁、边梁的连接构造见图 3，连 接均采用 4816 型 自 攻 螺 钉，螺 钉 间 距 按 中 心 距 为 133mm，中心至构件边缘的距离为 20mm 进行排列。
冷弯薄壁型钢的国内外研究现状
冷弯薄壁型钢的国内外研究现状摘要随着冶金技术的不断进步，近几年高强度冷弯薄壁型钢得到了大力的发展。
由于冷弯薄壁型钢构件便于实现工业化生产并可以充分发挥钢材的性能，因此以冷弯薄壁型钢作为主要承重构件的轻型钢结构在国内外得到了较为广泛的应用。
由于此类构件的壁厚大多不超过6mm，因此构件的稳定性问题显得尤为突出，更是在设计中必须要攻克的难题。
卷边薄壁H 形截面型钢是近几年提出的新型截面形式，翼缘增加卷边的主要目的在于提高翼缘的屈曲后强度和侧向弯曲刚度。
然而，目前关于此类截面形式的构件研究资料相对匮乏，各类卷边薄壁H 形截面型钢构件的稳定性能还不明确，因此成为了此类构件得以应用和发展的桎梏。
本文主要针对卷边薄壁H 形截面梁在单向受弯情况下的稳定性能进行研究。
我国现行规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）》采用有效宽度法对受弯构件进行稳定承载力的计算；澳洲规范COLD-FORMED STEEL STRUCTURES(AS/NZS 4600：2005)在附录中引入了直接强度法。
对于卷边薄壁H形截面型钢而言，若采用直接强度法进行设计则会使稳定承载力的计算变得更加简洁准确。
关键词：冷弯薄壁型钢，卷边薄壁H 形截面，畸变屈曲，有限条法，直接强度法稳定承载力第1章绪论1.1引言冷弯薄壁型钢是指由薄钢带通过辊弯成型、冷拔成型等冷加工的方法制成的各种截面形状的钢材。
与截面面积相同的热轧型钢相比，冷弯薄壁型钢的回转半径可增大约50%，截面惯性矩可增大50%～180%。
由于加工时成型方便，冷弯型钢的截面形式可以多种多样，以便适应不同使用情况下的不同需求。
常用的冷弯薄壁型钢截面主要有 C 型钢、Z 型钢、U 型钢、带钢、镀锌带钢、镀锌卷板、镀锌C 型钢、镀锌Z 型钢、镀锌U 型钢等，截面形式如图1-1 所示。
图1-1常用的冷弯薄壁型钢截面形式目前世界各国生产的冷弯型钢的规格和品种已多达11000 种，型钢壁厚的范围从0.4mm到25.4mm不等。
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
基于ABAQUS模拟的冷弯薄壁型钢组合楼盖研究
重分布达到屈服强度而破坏，有限元模型计算结果与
破坏形态与实验现象表现较为一致。
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A#
试件
类别
CFTST-PSC1 试验数据
承载力 (kN)
72
最大挠度 (mm)
36
面荷载 (kN/m2)
8.33
模拟数据
77
33
8.91
相对误差(%) 6.94
因此，为研究冷弯薄壁型 C型钢桁架组合楼盖的 抗弯性能，本文通过有限元软件 ABAQUS建立仿真
! " # $ 孟祥俊（），男，安徽六安人，毕业于合肥工业大学结构 工程专业，研究生学历，硕士学位。专业方向：钢结构与组合结构。
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混凝土面板的本构关系模型采用文献[6]所推荐 的模式。
冷弯薄壁型钢结构住宅体系主要是由屋面，楼地 面和复合墙体三大系统构成。与传统的钢筋混凝土结 构体系、砖混结构住宅体系相比较，该体系具有轻质 高强、抗震性能好、绿色环保和能够满足住宅产业化 要求的优势[1-4]。作为冷弯薄壁型钢结构房屋楼地面系 统的重要组成部分，组合楼盖不仅能够将楼面荷载传 递给竖向承重构件，此外，能够将各竖向承重构件联 系起来，为竖向承重构件提供水平支撑，形成良好的 空间结构受力体系。
-8.33
6.94
CFTST-PSC2 试验数据
80
34
9.26
模拟数据
87
32
10.07
相对误差(%) 8.75
-5.88
8.75
CFTST-PSC3 试验数据
128
35
14.81
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-新型轻质混凝土组合结构体系节点性能研究
ｓ ｈ ｉ ｐ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ａ ｄ －ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ｈｉ ｐ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｂｅ ａ ｒ ｉ ｎｇ ｃ ａ ｐａ ｃ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ｈ ａ ｄ ｂ ｅ ｅ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ａ ｓ ｔ ｅ ｄ ａ ｎｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｃ ｏ ｌ ｄ — ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｄ ｔ ｈ ｉ ｎ — ｗ ａ ｌ ｌ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｕｃ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｍ ｏ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｍ ｏ ｒ ｅ ．Ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｉ Ｓ ｏ ｎ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｓ ｔ
新 鲤 ． 建魄 粉 括
中 国 科 技 核 苇点性能研 究
赵莹 ： ， 王选 亮 。
（ １ ． 吉林建筑工程学院 城建学院， 吉林 长春 １ ３ ０ ０ ０ ０ ； ２ ． 沈阳圣文房地产开发有 限公司， 辽宁 沈 阳 １ １ ０ ０ ０ ０ ）
ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｍａ ｒ ｎ ｃ ｅ ｆ ｏ ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ｉ ｓ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｌ ｄ － ｆ ｏ ｍｅ ｒ ｄ ｔ ｈ ｉ ｎ — ｗ ａ ｌ ｌ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ．
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冷弯薄壁型钢四肢组合受弯构件承载力研究
发表时间：2018-07-16T11:53:08.370Z 来源：《基层建设》2018年第16期作者：杨秀红
[导读] 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。
北新房屋有限公司北京市 102208
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。
组合截面梁一端底部沿一条直线约束χ，y，z方向的线位移，另一端约束z，y方向的线位移，释放沿梁长度方向的平动位移，以此来模拟两端简支的约束条件。
采用力加载方式，为避免加载点的局部受压破坏，在建模时施加均布线荷载至加载点处两侧面腹板上，使组合截面腹板受力均匀。
求解过程分两步：第一步进行弹性特征值屈曲分析，分析无初始缺陷受弯试件可能出现的屈曲模态，以此作为下一步非线性分析的缺陷模态；第二步分析考虑初始缺陷的几何和材料双重非线性受弯试件的极限荷载，由于构件弯角处残余应力和材料屈服强度的提高对试件的承载力提高起着相反的作用，且就极限承载力而言，残余应力的影响不大，为将其简化，在有限元分析中不考虑残余应力的影响。
根据我国规范的规定，箱形截面局部初始缺陷不能超过0.01倍截面高度，本模型局部初始几何缺陷最大值采用0.007倍的组合梁截面高度，计算中采用弧长法求解以便获得荷载一位移曲线的下降段。
2、有限元分析结果。
由公称尺寸试件有限元分析和试验试件的跨中荷载对比可看出，有限元和试验结果总体趋势一致，试验所得荷载一位移曲线略低于有限元分析结果，这可能是由于有限元分析中只考虑了整个模型一阶屈曲模态的局部缺陷，而实际由于试件的自重还可能存在整体初弯曲，且试件由于钻入自攻螺钉也导致了截面一定程度的削弱。
极限承载力的误差仅为5～8％，故该数值分析方法具有较高的计算精度。
试件达到极限承载力时的应力云图（图1）和变形云图（图2）可知，试件达到极限承载力时跨中上表面出现部分塑性区，其他区域基本仍处于弹性变形范围内，受压塑性区局部受压破坏，从极限承载力时的纯弯段上部局部应力云图可知，跨中上表面U型构件出现向外鼓曲，同一截面处侧面两C型构件向内凹进，跨中上表面偏左右两边出现凹陷，同一截面处两侧面C型腹板向外鼓曲，最大应力点位于受压凹陷处，这同试验观察到的破坏位置和变形现象一致。
三、参数分析
1、钉距。
在保持模型尺寸和初始缺陷幅值不变的情况下，考察钉距变化对极限承载力的影响，分别对钉距为200mm、300mm、
，理论计算中构件边缘达到屈服应力，并将弯矩计算结果换算成同试验加载方式一致时的竖向荷载值。
因此，本文提出根据腹板高厚比将截面抗弯模量折减的折减系数法。
组合截面构件的极限承载力由折减后的截面模量乘以钢材屈服强度得到：
除以按全截面有效考虑的受压边缘屈。