蜂窝梁设计与验证：基于BS：5950设计方法和有限元分析的开放获取文章

© 2013作者。由爱思唯尔公司出版信息工程研究院可在www.sciencedirect.com上在线获取ScienceDirectIERI Procedia 7（2014）120 - 1272013年应用计算、计算机科学与计算机工程国际会议蜂窝梁的分析设计与验证帕赫波警察局a*，Gupta L.M. b，Deshpande N.V.CaRCOEM，Nagpur- 440013，印度。bVNIT，Nagpur- 440010，India。cGNIT，Nagpur-440013，India。摘要根据BS：5950的设计方法，特别考虑T形截面和腹杆单元的强度，描述蜂窝梁的性能。这种行为是从使用ANSYS软件进行有限元分析的参数研究中得出的。设计方法是基于梁截面在极限荷载下的塑性分析和在正常使用荷载下的弹性分析。阐述了蜂窝梁的设计过程，并根据设计方法编制了一个算例，进行了验证，以检验其适用性。© 2014作者。由爱思唯尔公司出版 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。信息工程研究院负责评选和同行评议关键词：蜂窝梁;空腹受弯;腹板柱抗弯及屈曲强度。1. 介绍工字形型钢作为梁、柱等主要构件广泛应用于各种建筑结构中。具有腹板穿孔是有利的，特别是在梁元件中，以允许管道、管道工程和电气导管的通过和安装，而不增加地板到地板的高度，从而节省所使用的钢材量这种圆形穿孔被广泛使用，称为蜂窝状穿孔。梁 的 存在 的web开口 需要 检查 结构充分性和 特色的通过设计方法和有限元分析研究了这种梁的性能，如承载能力和破坏模式。在BS：5950第1部分、第3.1部分和SCI出版物100中描述了这种设计方法。* 通讯作者。联系电话：电话：+919822224647电子邮件地址：pachporpd@yahoo.co.in2212-6678 © 2014作者由爱思唯尔公司出版 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。信息工程研究所负责的选择和同行评审警局Pachpor等人/IERI Procedia 7（2014）1201211.1 卷筒纸穿孔适用性限制为：a）1.08 S/D0 1.5 b）1.25 D/D0 1.75式中，S=中心/中心间距，Do=开口直径，D=梁1.2 承载能力极限状态为了检查梁的极限状态条件，有必要检查梁的整体强度及其元件的强度。应进行以下检查：梁的整体抗弯承载力。梁受剪承载力（按折减截面计算）梁的整体屈曲强度。网后弯曲和屈曲。上下T形件的空腹弯曲。1.2.1 整体梁抗弯承载力：系数固定荷载和外加荷载下的最大力矩Mu不应超过Mp，其中Mp计算如下：Mu Mp = ATee Py h”哪里 AT =下T的面积，Py =钢材（50级）的屈服应力，h =上T和下T的形心之间的距离。1.2.2 梁抗剪承载力应检查两种剪切破坏模式。梁的竖向抗剪承载力是上T形件和下T形件的抗剪承载力之和。梁中的系数剪力不应超过Pvy，其中：Pvy= 0.6 xPy（上下T形件腹板面积的0.9倍此外，腹板柱中的水平剪力不应超过Pvh，其中：Pvh = 0.6 x Py（0.9 x网柱最小面积）由于T形件中轴向力的变化，在腹板柱中产生水平剪力。1.2.3 轴向力和高剪切力在BS 5950第1部分第4.2.6条中，轴向力（或弯矩）与梁腹板中的剪力之间的相互作用是基于轴向力或弯曲力超过0.6 Pv时的线性减小。因此，当上面给出的剪切力接近Pv时，腹板T形件的腹板部分的轴向或弯曲承载力减小到零。这种相互作用可以通过根据腹板所抵抗的剪切力修改腹板厚度来考虑。1.2.4 梁的整体屈曲强度为了评估蜂窝梁的整体屈曲强度，建议在开口中心线处确定梁的性能，然后根据BS 5950：第1部分第4节确定横向扭转屈曲强度。如果压缩法兰受到充分约束，则可能不需要进行此检查。1.2.5 腹板柱弯曲和屈曲强度腹板后弯曲和屈曲承载力应使用以下公式进行检查：[001 pdf1st-31files]= [1 pdf1st-31files]）- C2（）2-C3]122警局Pachpor等人/IERI Procedia 7（2014）120式中，Mmax =最大容许腹板柱弯矩。Me =柱截面处的腹板柱承载力=弹性截面模量x Py和C1 C2 C3 =常数，计算公式如下：22016 - 05 - 22张晓萍（）22016 - 06 - 25张晓萍（）22016年08月08日08：00 - 05：00（0.001081.2.6 上下T形件空腹弯曲：T形件的临界截面应使用Olander或Sahmel方法中描述的一种方法来确定。T形接头中的合力应按以下方法进行检查：1.0级式中Po和M是与垂直方向成θ角的截面上的力和力矩。Pu =临界截面面积x Py，Mp =临界截面塑性模量x Py（对于塑性截面）或Mp=临界截面弹性截面模量x Py（对于其它截面）Mp的值取决于截面的分类。1.3 使用极限状态为确保设计合理，应将开口处发生的二次挠度加到梁整体弯曲引起的一次挠度上。梁的总挠度是由每个开口的T形件和腹板柱中的剪切引起的挠度以及T形件和腹板柱中的弯曲引起的挠度的总和来计算的。剪切力导致附加挠度。根据BS：5950第1部分，所有其他梁的最大挠度不应超过跨度/200。2. 例如设计荷载为12.39kN/m，跨度为10 m的简支蜂窝梁。钢等级=50，设计强度= Py = 355 N/mm2图1圆孔梁试试UB（（457 x 191 x 67）（Grade 50）总深度D警局Pachpor等人/IERI Procedia 7（2014）120123截面面积A = 85.4 mm，开口深度D0 = 400 mm，间距S = 600 mm蜂窝梁性能和尺寸：蜂窝梁深度= D = 626.8 mm，使用16个开口，S/ D0 =1.5，D/D0 = 1.57 o.k.蜂窝梁的分类：如塑料。A = 6534.5 mm2，I = 5.6357 x108 mm4，Zx = 1.798 x106 mm3，Sx = 1.910 x106 mm3Mp =（弹性）= Zx Py = 638.3 kN.m，Mp =（塑性）= Sx Py = 678.1 kN.m三通的特性：A三通 = 3267.7 mm2，Mp（塑料）= 19.6 kN- m，Pu = A三通 Py = 1160 kN。2.1 使用施工阶段荷载的最终极限状态设计：总荷载= 4.13 kN/m2弯矩=（最大弯矩）= 154.9 kN.m表1：内力和力矩及其使用有限元分析软件（ANSYS）的验证位置X（m）V（kN.）V（kN）ANSYSM（kN.m）M（kN-m）ANSYST（kN）Vh（kN）Vh（kN）ANSYS0061.95-00010.259.4759.4312.1412.120.7720.555.7655.7129.4329.450.3653.4052.8731.148.3248.2860.6560.6103.845.845.8741.740.8940.8587.4187.3149.638.138.2152.333.4533.42109.7110.0187.730.630.6162.926.0226.00127.6127218.322.822.9773.518.5918.57140.9141241.115.415.2884.111.1511.14149.9150256.57.57.6094.73.723.71154.3154264.0105.00154.9265.1图2受力圆梁截面图3圆孔截面剪切力= V，弯矩 = M， 轴向载荷 = T = M/（124警局Pachpor等人/IERI Procedia 7（2014）120水平剪力= Vh = Ti+1-Ti=（Mi +1-Mi）/（2.1.1 梁的整体抗弯能力：Mu =154.9kN-m< Mp = 678 kN-mo.k.2.1.2 梁抗剪承载力：支座处的剪力：Vmax = 61.95 kN，Pv = 1135 kN。V max = 61.95 kN< Pv = 1135 kNo.k.开口处的剪力（T形）：Vmax = 55.76 kN（最大值），Pvg = 370 kNVmax = 55.76 kN Pvg = 370 kNo.k.水平剪力Vh：Vmax = 53.4 kN（最大值），Pvh = 326 kN。V max = 53.4 kN< P vh = 326 kNo.k.2.1.3 网帖强度S/ D0 = 1.5 D0/t = 47.06C1= 8.1464，C2= 2.8697，C3= 5.2674，Mmax/Me= 0.4954在截面A-A处：根据图3，Ze = 256608 mm3，Mmax = 45.13 kN- M.，最大Vh = 53.4 kN。因此，A-A处的最大力矩= 9.61kN- mo.k.2.1.4 T形三通的空腹弯曲应在几个截面上进行检查，以确定临界截面。检查每个开口的容量。在最大垂直剪力的开口处，φ = 0。T形接头上的垂直剪力= Vmax = 27.88 kN，T形接头的抗剪强度= Pvg = 185 kN。Vmax = 27.9 kN 0.5 Pvg = 92.5 kN。因此，腹板的有效厚度没有减少，即te =t;这适用于所有开口。假设临界截面为φ =25º，Mp（塑性）= 31.7 kN-mPv = 237.6 kN，Pu = Apy = 1341.9 kN，（剪切力0.5 Pv，因此，忽略轴向剪切相互作用）φ =25º时截面上的力，P0 = T Cos 25 º -（v/2）Sin 25º，M = 4.72 T + 134.1（v2/2）（kN-mm）表2：不同位置位置T（kN）V/2（kN）P0（kN）M（kN-m）P0/Pu + M/Mp250.3627.8833.863.980.153103.824.1683.863.730.184149.620.45126.93.450.205187.716.73163.03.130.226218.313.01192.32.780.237241.19.30214.62.390.24因此，θ = 25º，P 0/ P u + M/M p<1o.k.2.1.5 简化挠度计算：假设I = I，梁的开口= 5.6357 x 108 mm4，并将挠度增加25%，以允许剪切变形：挠度=（（5 x 2.38 x 3 x 10 x（10 x 103）3）/（384 x 2.1 x 102 x 5.6357 x 108））x 1.25 = 9.82 mm。O.K.警局Pachpor等人/IERI Procedia 7（2014）120125图4：10.358 mm的挠度以及力和力矩126警局Pachpor等人/IERI Procedia 7（2014）120图5：截面1图6：截面1警局Pachpor等人/IERI Procedia 7（2014）1201273. 结论蜂窝梁根据BS：5950设计。利用有限元分析软件ANSYS对同一梁进行了分析，并对分析结果进行了验证。对蜂窝梁的几何形状进行了建模和加载。对梁各截面的挠度、弯矩、剪力和水平力进行了理论计算，并将有限元分析软件的观测结果以表格形式给出。理论计算结果与实际使用的ANSYS软件计算结果的偏差小于5%，这是由于ANSYS中三维建模的尺寸线性、材料特性和局部化效应造成的。因此，这类实务守则的适用性是可以观察到的。该设计方法可适用于各种开孔率和开孔间距的梁截面。腹板加劲肋可在点荷载作用下应用于梁的支座附近，以加强梁的强度。引用[1] 劳森，R.M.结合梁腹板开孔设计，钢结构研究所，1988。[2] 英国标准协会BS 5950;钢结构在建筑中的应用，第1、3.1、4部分，1985和1988。[3] 红木R.G.带腹板孔梁的设计，加拿大钢铁工业建设委员会，加拿大，1973。[4] 奥兰德体育会刚架角部应力的计算方法，ASCE杂志，1953年8[5] 沃德·J·K复合材料和非复合材料蜂窝梁的设计，SCI出版物100，1990.