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关于钢结构蜂窝梁论文范文写作 钢结构蜂窝梁的设计与经济性评价相关论文写作资料

主题:钢结构蜂窝梁论文写作 时间:2024-01-03

钢结构蜂窝梁的设计与经济性评价,此文是一篇钢结构蜂窝梁论文范文,为你的毕业论文写作提供有价值的参考。

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摘 要:蜂窝梁是将工字钢或热轧H型钢经过切割、组装、焊接而成的带腹板孔洞的钢梁.其自重轻、承载力高、美观、经济等优点使其在实际工程中越来越广泛应用.本文在以往研究基础上,总结了蜂窝钢梁的结构形式、设计方法并进行了简要的经济评价,为将来的工程设计人员及研究人员提供参考.

Abstract: Castellated beam is a steel beam with web hole made by cutting, assembling and welding the H-beam or hot-rolled H-beam. Its light weight, high carrying capacity, nice shape, economical efficiency and other advantages make it more widely used in practical engineering. Based on previous research, this paper summarizes the structural form and design method of the castellated beam and carries out a brief economic evaluation, which will provide reference for future engineering designers and researchers.

关键词: 蜂窝梁;钢结构;承载力;刚度;稳定性;经济性

Key words: castellated beams;steel structure;bearing capacity;stiffness;stability;economy

中图分类号:TU391 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2018)11-0149-03

0 引言

蜂窝钢梁是一种在腹板部分按不同形式(六边形、八边形、圆形、矩形等)成排开孔的热轧H型钢或工字钢,具有较轻的自重、承载力高、美观、实用、经济等优点,其截面高度为原来型钢的1.3至1.6倍,能够较大地提高型钢梁的刚度和抗弯承载力,在不影响承载力的情况下,能够节约25%至50%的钢材,节约安装运输费用及油漆费用约15%至30%,且蜂窝梁形成的成排的孔洞不仅美观又方便安装电线管道,能够有效减小建筑的层高问题,尤其对于高层建筑非常有利.蜂窝梁的诸多优点使其在近年来越来越多地应用在实际工程中,包括基础设施、大型公共建筑、工业与民用建筑等.国内外针对蜂窝梁的研究也越来越做到到重视.本文在以往国内外学者研究的基础上对蜂窝梁的设计进行了探讨,并对蜂窝梁的经济性进行了简要评价,为今后的设计及研究人员做参考.

1 蜂窝钢梁结构形式

蜂窝钢梁有两种制作方法:其一,在实腹型工字钢或热轧H型钢按照既定好的折线形进行切割,后经过移动错位将切割好的两部分焊接在一起,组成新的结构形式的空腹梁.可以将这种方法称为错位成孔法,如图1所示.可以看出,与原来的实腹型梁相比,蜂窝梁的界面高度H增大30%至60%,可以有效地提高钢梁的刚度和抗弯强度.其二,在原有的实腹型钢梁的腹板部位直接进行切割或者锻压成孔,与原结构相比,在较小的牺牲抗弯承载力及刚度的情况下,可以减少钢材25%-40%的使用量,达到节约成本和减轻自重的目的.

蜂窝钢梁的腹板部分由于形成孔洞,能够有利于管道及电线的排布,极大地提高了钢梁在实际工程应用中的使用价值.目前,蜂窝梁的开孔形式主要有正六边形、八边形、圆形、矩形的,其中以正六变形最为广泛应用,如图2、3.

2 设计方法

蜂窝钢梁的计算理论主要有以下三种:

①传统弯曲理論.该方法是基于材料力学中的弯曲理论,提出与实腹式钢梁相同的计算方法,不考虑剪力的影响,然而,实际应用中腹板开孔洞使做到钢梁的抗剪刚度减小,从而使剪切挠度增大,采用该方法误差较大.

②费氏空腹桁架法.此方法将蜂窝梁当作刚性节点桁架,腹部空与空之间的腹板当作“墩”视为桁架结构中的腹杆,蜂窝梁的两翼缘视作桁架结构中的弦杆,基于桁架的原理计算蜂窝梁的内力和变形.蜂窝梁的“墩”的中部“桥”的中部均为反弯点,故可视为静定结构来计算.该方法与传统弯曲理论方法相比,考虑了腹板空洞的影响,较为准确.国内外大部分蜂窝梁的简化计算公式都是由此方法推导出来的.且国内外学者在此理论上改进出一些较为实用的方法,如刚性框架法等.

③有限单元法.该方法采用壳体单元或者实体单元模型对蜂窝梁进行有限元分析.可通过加密网格的方法,使模型计算值能够较好地模拟实际受力情况,因此该方法较为精确.但其计算过程复杂,若要达到较高的精度,需要较细密的网格,将消耗较长的时间.故该方法一般只对单个构件进行模拟分析,无法在设计中对整体结构模型进行分析,也不适合实际工程.

2.1 强度计算

目前,尽管在一些著作和论文研究中已经介绍了一些蜂窝梁的设计及计算方法,但蜂窝梁的设计还未列入相关规范或者标准当中.因此,其很大程度上限制了蜂窝钢梁在我国的推广和使用.

国外目前大多对蜂窝梁进行弹性设计,多处考虑到刚度取值的问题.蜂窝梁的发源地英国将蜂窝梁的计算公式列入了钢结构规范BS5950 Part 1部分,同时,钢结构设计手册也将通用的蜂窝梁、柱、格栅等设计规格和性能列入其中.其根据费氏空腹桁架法的计算理论基础规定:由净截面面积对蜂窝梁截面的抗弯承载力进行计算,同时应考虑开孔部位的剪力对腹板造成的影响,亦需考虑集中荷载作用下的局部影响.日本的《新版H型钢系列》所提出的一系列蜂窝梁的简化计算公式,目前正被广泛使用.前苏联基于Allftlish等人提出的费氏空腹桁架法,在1982年出版的钢结构设计规范,将蜂窝梁设计计算列入其中.美国的《计算机和结构》杂志基于差分法和近似计算法设计一套专用的有限元程序.加拿大(规范CAN/CSA-S16.1-94)等国,虽然并未在相关规范中提出蜂窝梁的明确设计条文,但在对钢梁腹板上开大洞的情况做出了相关规定.

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