冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)介紹綜述

1、1 冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)介紹冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)介紹 Introduction of Cold- Formed Thin-Walled Steel Structures 2一、冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)和它的應(yīng)用一、冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)和它的應(yīng)用Cold-Formed Steel Structures & Its Applications1. 什么是冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)什么是冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)(What is Cold-Formed Steel ?)定義定義: 在室溫室溫下將較薄鋼薄鋼帶通過輥軋或沖壓彎折成各種截面的型鋼。3房屋建筑中的冷彎型鋼截面形式Sections of cold-formed steel u

2、sed in buildings2. 冷彎薄壁型鋼的截面型式冷彎薄壁型鋼的截面型式(Sections of Cold-Formed Steel)43. 冷彎薄壁型鋼截面特性冷彎薄壁型鋼截面特性(Characterestics of Cold-Formed Steel) 冷彎型鋼構(gòu)件用相對較少材料承受較大的外載，不是單純用增大截面面積，而是通過改變截面形狀的方法獲得。稱之高效截面型鋼（承載示意圖 ）承載能力比較圖Comparison of Load CapacityComparison of Load Capacity 54 4. 冷彎薄壁型鋼發(fā)展概況冷彎薄壁型鋼發(fā)展概況(Development

3、 of Cold-Formed Steel)(Development of Cold-Formed Steel)n1838年沙俄為世界上第一次利用壓力機生產(chǎn)出冷彎型鋼的國家;n1946年美國AISI頒布了世界上第一本冷彎型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范;冷彎型鋼在建筑中廣泛應(yīng)用有50余年歷史；n1958年中國誕生了第一臺冷彎軋機并建造冷彎型鋼結(jié)構(gòu)廠房;n目前中國的冷彎型鋼生產(chǎn)能力約500萬噸年，實際生產(chǎn)是200-300萬噸年.65. 冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用(Applications of Cold-Formed Steel)應(yīng)用: 建筑業(yè)，汽車.農(nóng)機業(yè)， 機械制造業(yè)，造船業(yè)，電力工業(yè)，國

4、防工業(yè)，物流倉儲業(yè)及家電業(yè)等。建筑業(yè)中的應(yīng)用實例： (1)由由冷彎型鋼建成冷彎型鋼建成3 3層以下民用住宅建筑。層以下民用住宅建筑。78910111213(2).單層工業(yè)廠房冷彎型鋼門式剛架結(jié)構(gòu)單層工業(yè)廠房冷彎型鋼門式剛架結(jié)構(gòu) B ack to back channel joint by bolting 3 ci 14 B ack to back channel joint by bolting 3 ci 15(3) 輕型門式剛架結(jié)構(gòu)中的檁條、墻梁、輕型門式剛架結(jié)構(gòu)中的檁條、墻梁、 墻柱、屋面板、墻柱、屋面板、墻面板及墻面板及 樓面組合板等均由冷彎型鋼作成。樓面組合板等均由冷彎型鋼作成。16(

5、4)冷彎型鋼農(nóng)村建筑冷彎型鋼農(nóng)村建筑1718(5)倉儲建筑中的冷成型鋼倉儲建筑中的冷成型鋼貨架結(jié)構(gòu)貨架結(jié)構(gòu)19(6)公路護欄、擋土墻板、鋼板樁等公路護欄、擋土墻板、鋼板樁等20(7)冷彎型鋼涵管、隧道涵洞等冷彎型鋼涵管、隧道涵洞等2122二、二、冷彎型鋼結(jié)構(gòu)特性與熱軋型鋼結(jié)構(gòu)的性能主要差別冷彎型鋼結(jié)構(gòu)特性與熱軋型鋼結(jié)構(gòu)的性能主要差別 The Main Behavior Differences Between Cold-Formed Steel & Hot-rolled Steel Structures 1.1.鋼結(jié)構(gòu)按型鋼軋制方式分鋼結(jié)構(gòu)按型鋼軋制方式分: : 熱軋型鋼結(jié)構(gòu)，又稱普鋼結(jié)

6、構(gòu)、重鋼結(jié)構(gòu)。設(shè)計規(guī)范：GB50017-2003 (2003年12月01日起實施); 冷彎型鋼結(jié)構(gòu)，又稱薄鋼結(jié)構(gòu)，屬輕鋼結(jié)構(gòu)。設(shè)計規(guī)范：GB50018-2002 (2003年01月01日起實施)。232.2.冷彎型鋼結(jié)構(gòu)特性與熱軋型鋼結(jié)構(gòu)的性能主要差別冷彎型鋼結(jié)構(gòu)特性與熱軋型鋼結(jié)構(gòu)的性能主要差別有人提出：冷彎、熱軋都是鋼構(gòu)件，兩本規(guī)范能否合成一 本？回答是：不能。因為，二者在以下性能有很大差別。由于生產(chǎn)方法不同，冷彎型鋼冷彎形成殘余應(yīng)力；熱軋鋼由焊接和溫度變化形成殘余應(yīng)力。截面殘余應(yīng)力大小及分布完全不同。冷彎型鋼截面有冷彎效應(yīng) 冷彎型鋼截面材性冷彎后發(fā)生變化,彎角處出現(xiàn)冷彎效應(yīng)，即強度提高,塑

7、性降低;平板部分強度亦有提高;設(shè)計時可利用冷彎后強度提高值.24(3). .冷彎型鋼截面板件寬厚比大冷彎型鋼截面板件寬厚比大, ,設(shè)計中不限制板件寬厚比，設(shè)計中不限制板件寬厚比，冷彎型鋼結(jié)構(gòu)允許局部屈曲并利用板件屈曲后強度冷彎型鋼結(jié)構(gòu)允許局部屈曲并利用板件屈曲后強度; ; 熱軋型鋼結(jié)構(gòu)不允許出現(xiàn)局部屈曲，限制截面板件寬厚比熱軋型鋼結(jié)構(gòu)不允許出現(xiàn)局部屈曲，限制截面板件寬厚比; ;25又如:梁腹板設(shè)置加勁肋: 設(shè)置橫向加勁肋 設(shè)置縱向加勁肋熱軋型鋼熱軋型鋼構(gòu)件整體屈曲之前不允許出現(xiàn)截面板件的局部屈曲，方法是限制板件的寬厚比或設(shè)置加勁肋等。如:軸壓桿工字型翼緣和腹板寬厚比規(guī)定為: yftb235)1

8、 . 010(1ywfth235)5 . 025(0ywfth235800ywfth235150026(4).冷彎型鋼單軸對稱開口截面較多冷彎型鋼單軸對稱開口截面較多, ,截面抗扭性能弱截面抗扭性能弱由于單軸對稱截面一般形心與剪心不重合,若荷載不通過剪心： 壓桿常彎扭屈曲起控制; 橫向受彎構(gòu)件出現(xiàn)扭轉(zhuǎn),產(chǎn)生雙力矩B。27冷彎薄壁型鋼構(gòu)件的截面由各種不同類型的板件冷彎薄壁型鋼構(gòu)件的截面由各種不同類型的板件( (elements) )組成組成板件的屈曲后承載力來源板件的屈曲后承載力來源于薄膜拉力于薄膜拉力28壓桿失穩(wěn)模式壓桿失穩(wěn)模式(Buckling Modes in Compression Me

9、mbers):整體屈曲模式二者基本相同，有整體屈曲模式二者基本相同，有: 彎曲屈曲(Flexural Buckling) 彎扭屈曲(Torsional-Flexural Buckling) 扭轉(zhuǎn)屈曲(Torsional Buckling) 但局部屈曲熱軋鋼不出現(xiàn)，冷彎但局部屈曲熱軋鋼不出現(xiàn)，冷彎型鋼有兩種局部屈曲模式即型鋼有兩種局部屈曲模式即： 局部屈曲局部屈曲(Local Buckling) 畸變屈曲畸變屈曲(Distortional Buckling)(5).壓桿失穩(wěn)模式有不同壓桿失穩(wěn)模式有不同 29局部屈曲局部屈曲(Local Buckling)截面板件交角仍然保持不變,截面形狀不變,板

10、件交線挺直.30冷彎型鋼受壓構(gòu)件特有一種局部屈曲稱之為畸變屈曲冷彎型鋼受壓構(gòu)件特有一種局部屈曲稱之為畸變屈曲截面除發(fā)生局部變形外,還發(fā)生形狀改變;截面板件交角仍然保持不變;畸變屈曲GB50018尚無計算方法，澳大利亞AS/NZS4600規(guī)范提供了部分截面的計算方法31截面出現(xiàn)哪一種局部屈曲,取決與截面形狀取決與截面形狀, ,桿件長度和桿件長度和桿件支承條件等因素桿件支承條件等因素. .如下圖a截面由局部屈曲控制(局部屈曲為49ksi;畸變屈曲為54ksi),而下圖b由畸變屈曲控制(畸變屈曲為26ksi;局部屈曲49ksi).32 (6)冷彎型鋼集中力作用下易出現(xiàn)腹板承壓折曲冷彎型鋼集中力作用下

11、易出現(xiàn)腹板承壓折曲(Web Crippling)由于冷彎截面圓弧彎角,集中力由翼緣偏心傳至腹板;腹板承壓折曲腹板承壓折曲 與截面形狀和集中力作用位置等有關(guān);腹板承壓折曲腹板承壓折曲承載力通常由試驗確定,GB50018第7章公式7.1.7-1-2有具體計算方法。33(7).冷彎型鋼構(gòu)件連接方式與熱軋型鋼不同冷彎型鋼構(gòu)件連接方式與熱軋型鋼不同1. 1. 熱軋型鋼熱軋型鋼構(gòu)件中主要是焊接和高強螺栓連接，而冷彎型鋼冷彎型鋼構(gòu)件焊接少用，損壞涂鋅層，焊接薄板焊接技術(shù)高。它特有焊接型式如啦叭焊和電阻點焊等。342.螺栓連接冷彎型鋼有時也用，但破壞模式與熱軋不同。因冷彎型鋼板薄常為板件承壓破壞，而不是螺栓剪

12、切破壞。35冷彎型鋼現(xiàn)主要采用自攻自鉆螺釘連接、拉鉚釘、射釘連接冷彎型鋼現(xiàn)主要采用自攻自鉆螺釘連接、拉鉚釘、射釘連接等新連接方法等新連接方法因冷彎型鋼板薄采用無螺帽的自攻自鉆螺釘?shù)?，GB50018規(guī)范修訂補充了自攻自鉆螺釘抗拔承載力計算公式。36冷彎型鋼構(gòu)件之間還采用機械連接冷彎型鋼構(gòu)件之間還采用機械連接( (咬合、扣合咬合、扣合) )無連接件連接無連接件連接:咬合示例咬合示例37扣合式示例扣合式示例GB50018GB50018對此類連接無計算方法，由實驗或生產(chǎn)商提對此類連接無計算方法，由實驗或生產(chǎn)商提供承載力數(shù)據(jù)供承載力數(shù)據(jù)38(8)冷彎型鋼壁薄冷彎型鋼壁薄，GB50018GB50018規(guī)范規(guī)定構(gòu)件截面計算不計規(guī)范規(guī)定構(gòu)件截面計算不計塑性發(fā)展，以邊緣屈服為準則塑性發(fā)展，以邊緣屈服為準則; ;而熱軋型鋼截面可考慮而熱軋型鋼截面可考慮部分塑性發(fā)展。此外，部分塑性發(fā)展。此外，冷彎型鋼冷彎型鋼構(gòu)件截面可采用線性法構(gòu)件截面可采用線性法計算其截面特性。計算其截面特性。39(9)、冷彎型鋼生產(chǎn)設(shè)備簡單，投資少，冷彎型鋼生產(chǎn)設(shè)備簡單，投資少，冷軋機更換軋輥即出新產(chǎn)品產(chǎn)品繁產(chǎn)品繁多多( (國外己生產(chǎn)萬余種，我國也巳生產(chǎn)約700余種); ;熱軋型鋼生產(chǎn)設(shè)備復(fù)雜，熱軋型鋼生產(chǎn)設(shè)備復(fù)雜，投資大，