冷弯加劲高强度钢梁受力性能及经济性分析

作者：王卫永; 王子琦; 谭兴奎; 庞士云; 黄丹; 黄永东

来源：钢结构(中英文), 2022, 37(10): 32-42.

DOI：10.13206/j.gjgS22033101

• 冷弯加劲
• 高强钢
• 受力性能
• 有限元
• 用钢量

随着炼钢技术的进步，高强钢材在建筑领域逐渐得到应用。相比于普通钢材，高强度钢材具有节约钢材、减小截面尺寸、减轻结构重量、提高抗震性能等优点。对于宽厚比较大的板件，在压力作用下易发生局部屈曲从而降低了构件的承载能力。而设置加劲肋改变了原板件的受力性能和屈曲行为，可以提高被加劲板件的综合刚度，且冷弯加劲具有制作方便、加工成本低的优势。为了探明采用冷弯半圆形加劲的高强度钢梁的受力性能及经济性，采用ABAQUS有限元模型，并与两端夹支、跨中单点加载的H形钢梁试验结果进行对比，验证有限元模型的准确性后，建立翼缘和腹板加劲的H形和箱形截面钢梁受弯分析模型。分别选择4种截面尺寸的H形截面钢梁考察翼缘加劲对钢梁强度和稳定承载力的影响大小，对H形、上翼缘加劲、上下翼缘均加劲的三种截面类型进行数值模拟，对比不同截面形式钢梁受弯强度承载力，通过改变上下翼缘厚度，得到与Q355级H形截面钢梁极限承载力相同时翼缘的厚度，得出不同尺寸情况下相应的用钢量减少比例。分别对H形和箱形腹板设置加劲肋的钢梁截面进行尺寸优化，在保持截面用钢量不变的情况下增加翼缘厚度，对比不同优化截面尺寸时Q355级腹板加劲截面相比于不加劲H形截面钢梁的受弯强度承载力；通过优化的截面尺寸，得到相同承载力时加劲高强Q690钢梁相比于Q355钢梁用钢量的节约程度。研究表明：H形钢梁上翼缘朝外加劲与朝内加劲相比具有更高的受弯强度承载力，翼缘加劲会显著降低整体失稳承载力；相同截面面积的翼缘加劲Q690钢梁比Q355钢梁受弯强度承载力提高1倍以上，相同强度承载力的翼缘加劲，Q690钢梁比Q355钢梁用钢量节约50%左右；腹板减薄厚度且设置一个加劲肋，保证用钢量不变的情况下增加翼缘厚度，钢梁受弯强度承载力更高；H形Q690钢梁采用优化截面时在保证承载力与Q355钢梁相等的情况下，节省用钢量40%左右；箱形Q690钢梁采用优化截面时在保证承载力与Q355钢梁相等的条件下，节省用钢量30%左右。

• 单位
  土木工程学院; 重庆大学