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為什么H型鋼梁翼緣要避免開孔?在許多鋼結(jié)構(gòu)項目中,都涉及到鋼梁開孔問題,比如吊裝孔、吊掛孔、穿筋孔等等,這些都是現(xiàn)場便于施工的措施,或者是其他專業(yè)的構(gòu)造要求,比如管道支架吊掛點等。而現(xiàn)行設(shè)計及施工規(guī)范說明應(yīng)盡量避免型鋼翼緣板開孔,這里在分析軟件中對幾種開孔情況進行簡化的計算分析,比較直觀的反映開孔對受力情況的影響。
因為不同項目結(jié)構(gòu)形式,受力有差別,下面舉一個簡單算例來驗證這個結(jié)論,這里直接取鋼框架結(jié)構(gòu)中一種最常見的鋼梁受力形式:兩端固支梁(多為主梁)。
受力簡圖:
圖中A,B為支座,兩端固支,q為簡化的均布荷載(樓板荷載),M為彎矩(向下為正彎矩,向上為負彎矩),V為剪力。
計算模型鋼梁跨度取6M,主梁截面取H 400x200x8x12,材質(zhì)為Q235B。
開孔位置分別取如下位置,尺寸為φ20圓孔。
為使截面強度利用率達到90%,經(jīng)查表計算得主梁均布荷載值取70KN/m,在支座處負彎矩最大,跨中處正彎矩最大,彎矩大?。呵闆r1<><>
根據(jù)以上條件在軟件中建模加載(左圖),進行網(wǎng)格劃分(右圖),網(wǎng)格在孔部位進行加密處理以提高此部位求解精度,最后進行計算求解,模型簡圖如下:
計算求解后,模型整體變形(左圖)及等效應(yīng)力分布(右圖)情況如下:
可以確認整體計算結(jié)果與理論計算基本吻合,翼緣板應(yīng)力較大處出現(xiàn)在彎矩大的截面,也說明了H型鋼翼緣板主要承受彎矩作用,下面觀察三種情況的孔位處的應(yīng)力分布情況:
情況1下翼緣孔周邊應(yīng)力分布情況:
情況2下翼緣孔周邊應(yīng)力分布情況:
情況3下翼緣孔周邊應(yīng)力分布情況:
由于模型建模加載以及計算模型的誤差,所得結(jié)果數(shù)值精確度僅作為參考,但能一定程度上反映孔周邊實際受力過程中出現(xiàn)的應(yīng)力集中狀況,觀察三處孔周應(yīng)力數(shù)值分布情況,可見應(yīng)力集中處應(yīng)力大小:情況1<><>
綜上所述,鋼梁彎矩大的截面處翼緣板開孔容易出現(xiàn)應(yīng)力集中處應(yīng)力大小超限的情況,可能導(dǎo)致鋼梁局部塑性屈服破壞,嚴重的可能導(dǎo)致板材撕裂,這個是需要在設(shè)計及施工中應(yīng)盡量避免出現(xiàn)的情況,如果無法避免則需要做好補強措施,局部加強截面以降低應(yīng)力集中效應(yīng)。
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