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(guò)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(duì)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(guò)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(jī)生產(chǎn)出冷彎型鋼的國(guó)家;n1946年美國(guó)AISI頒布了世界上第一本冷彎型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(guó)誕生了第一臺(tái)冷彎軋機(jī)并建造冷彎型鋼結(jié)構(gòu)廠房;n目前中國(guó)的冷彎型鋼生產(chǎn)能力約500萬(wàn)噸年，實(shí)際生產(chǎn)是200-300萬(wàn)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(jī)業(yè)， 機(jī)械制造業(yè)，造船業(yè)，電力工業(yè)，國(guó)

4、防工業(yè)，物流倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)及家電業(yè)等。建筑業(yè)中的應(yīng)用實(shí)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(cāng)儲(chǔ)建筑中的冷成型鋼倉(cāng)儲(chǔ)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(hù)欄、擋土墻板、鋼板樁等公路護(hù)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(jì)規(guī)范：GB50017-2003 (2003年12月01日起實(shí)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(jì)規(guī)范：GB50018-2002 (2003年01月01日起實(shí)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?yàn)?，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(qiáng)度提高,塑

7、性降低;平板部分強(qiáng)度亦有提高;設(shè)計(jì)時(shí)可利用冷彎后強(qiáng)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(jì)中不限制板件寬厚比，設(shè)計(jì)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(qiáng)度冷彎型鋼結(jié)構(gòu)允許局部屈曲并利用板件屈曲后強(qiáng)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(duì)稱開口截面較多冷彎型鋼單軸對(duì)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(duì)稱截面一般形心與剪心不重合,若荷載不通過(guò)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(lái)源板件的屈曲后承載力來(lái)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(wú)計(jì)算方法，澳大利亞AS/NZS4600規(guī)范提供了部分截面的計(jì)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(zhǎng)度和桿件長(zhǎng)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(yàn)確定,GB50018第7章公式7.1.7-1-2有具體計(jì)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(qiáng)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(diǎn)焊等。342.螺栓連接冷彎型鋼有時(shí)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(wú)螺帽的自攻自鉆螺釘?shù)龋珿B50018規(guī)范修訂補(bǔ)充了自攻自鉆螺釘抗拔承載力計(jì)算公式。36冷彎型鋼構(gòu)件之間還采用機(jī)械連接冷彎型鋼構(gòu)件之間還采用機(jī)械連接( (咬合、扣合咬合、扣合) )無(wú)連接件連接無(wú)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(duì)此類連接無(wú)計(jì)算方法，由實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)商提對(duì)此類連接無(wú)計(jì)算方法，由實(shí)驗(yàn)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(jì)算不計(jì)規(guī)范規(guī)定構(gòu)件截面計(jì)算不計(jì)塑性發(fā)展，以邊緣屈服為準(zhǔn)則塑性發(fā)展，以邊緣屈服為準(zhǔn)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(jì)算其截面特性。計(jì)算其截面特性。39(9)、冷彎型鋼生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，冷彎型鋼生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，冷軋機(jī)更換軋輥即出新產(chǎn)品產(chǎn)品繁產(chǎn)品繁多多( (國(guó)外己生產(chǎn)萬(wàn)余種，我國(guó)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，