冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)介紹

冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)(jiégòu)介紹

IntroductionofCold-FormedThin-WalledSteelStructures

1共四十頁(yè)一、冷彎薄壁型鋼(xínggāng)結(jié)構(gòu)和它的應(yīng)用

Cold-FormedSteelStructures&ItsApplications1.什么是冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)(WhatisCold-FormedSteel?)定義(dìngyì):

在室溫下將較薄鋼帶通過(guò)輥軋或沖壓彎折成各種截面的型鋼。2共四十頁(yè)房屋建筑中的冷彎型鋼(xínggāng)截面形式Sectionsofcold-formedsteelusedinbuildings2.冷彎薄壁型鋼的截面(jiémiàn)型式(SectionsofCold-FormedSteel)3共四十頁(yè)3.冷彎薄壁型鋼截面特性(CharacteresticsofCold-FormedSteel)

冷彎型鋼構(gòu)件用相對(duì)較少材料承受較大(jiàodà)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(bǐjiào)圖ComparisonofLoadCapacity

4共四十頁(yè)4.冷彎薄壁型鋼發(fā)展概況(DevelopmentofCold-FormedSteel)1838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;1946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(jiànzhù)中廣泛應(yīng)用有50余年歷史；1958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;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.5共四十頁(yè)5.冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用(ApplicationsofCold-FormedSteel)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)(diànlìɡōnɡyè)，國(guó)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)由冷彎型鋼建成3層以下民用住宅建筑。6共四十頁(yè)7共四十頁(yè)8共四十頁(yè)9共四十頁(yè)10共四十頁(yè)11共四十頁(yè)12共四十頁(yè)(2).單層工業(yè)廠房(chǎngfáng)冷彎型鋼門式剛架結(jié)構(gòu)13共四十頁(yè)14共四十頁(yè)(3)輕型門式剛架結(jié)構(gòu)中的檁條、墻梁、墻柱、屋面板、墻面板及樓面組合(zǔhé)板等均由冷彎型鋼作成。15共四十頁(yè)(4)冷彎型鋼農(nóng)村(nóngcūn)建筑16共四十頁(yè)17共四十頁(yè)(5)倉(cāng)儲(chǔ)(cāngchǔ)建筑中的冷成型鋼貨架結(jié)構(gòu)18共四十頁(yè)(6)公路(gōnglù)護(hù)欄、擋土墻板、鋼板樁等19共四十頁(yè)(7)冷彎型鋼涵管(hánguǎn)、隧道涵洞等20共四十頁(yè)21共四十頁(yè)二、冷彎型鋼結(jié)構(gòu)(jiégòu)特性與熱軋型鋼結(jié)構(gòu)(jiégòu)的性能主要差別

TheMainBehaviorDifferencesBetweenCold-Formed

Steel

&Hot-rolledSteelStructures

1.鋼結(jié)構(gòu)按型鋼軋制方式(fāngshì)分:

熱軋型鋼結(jié)構(gòu)，又稱普鋼結(jié)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)。22共四十頁(yè)2.冷彎型鋼結(jié)構(gòu)特性與熱軋型鋼結(jié)構(gòu)的性能(xìngnéng)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。<1>由于生產(chǎn)方法不同(bùtónɡ)，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(bùtónɡ)。<2>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.23共四十頁(yè)(3).冷彎型鋼截面板件寬厚比大,設(shè)計(jì)(shèjì)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;

熱軋型鋼結(jié)構(gòu)不允許出現(xiàn)(chūxiàn)局部屈曲，限制截面板件寬厚比;24共四十頁(yè)又如:梁腹板設(shè)置(shèzhì)加勁肋:

設(shè)置橫向加勁肋

設(shè)置縱向加勁肋熱軋型鋼構(gòu)件整體屈曲之前不允許出現(xiàn)截面(jiémiàn)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:

25共四十頁(yè)(4).冷彎型鋼單軸對(duì)稱開口(kāikǒu)截面較多,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。26共四十頁(yè)冷彎薄壁型鋼(xínggāng)構(gòu)件的截面由各種不同類型的板件(elements)組成板件的屈曲(qūqǔ)后承載力來(lái)源于薄膜拉力27共四十頁(yè)壓桿失穩(wěn)模式(BucklingModesinCompressionMembers):整體屈曲模式二者基本相同，有:彎曲屈曲(FlexuralBuckling)彎扭屈曲(Torsional-FlexuralBuckling)扭轉(zhuǎn)屈曲(TorsionalBuckling)

但局部(júbù)屈曲熱軋鋼不出現(xiàn)，冷彎型鋼有兩種局部屈曲模式即：局部屈曲(LocalBuckling)畸變屈曲(DistortionalBuckling)(5).壓桿失穩(wěn)模式(móshì)有不同

28共四十頁(yè)局部屈曲(LocalBuckling)截面板件交角仍然(réngrán)保持不變,截面形狀不變,板件交線挺直.29共四十頁(yè)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(àodàlìyà)AS/NZS4600規(guī)范提供了部分截面的計(jì)算方法30共四十頁(yè)截面出現(xiàn)哪一種局部屈曲,取決與截面形狀,桿件長(zhǎng)度和桿件支承(zhīchénɡ)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).31共四十頁(yè)(6)冷彎型鋼集中力作用下易出現(xiàn)腹板承壓折曲(WebCrippling)由于冷彎截面圓弧彎角,集中力由翼緣偏心傳至腹板;腹板承壓折曲與截面形狀和集中力作用位置等有關(guān);腹板承壓折曲承載力通常由試驗(yàn)確定(quèdìng),GB50018第7章公式7.1.7-1-2有具體計(jì)算方法。32共四十頁(yè)(7).冷彎型鋼構(gòu)件連接方式與熱軋型鋼不同1.熱軋型鋼構(gòu)件中主要是焊接和高強(qiáng)螺栓(luóshuān)連接，而冷彎型鋼構(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。33共四十頁(yè)2.螺栓連接(liánjiē)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，而不是螺栓剪切破壞。34共四十頁(yè)冷彎型鋼現(xiàn)主要采用自攻自鉆螺釘連接(liánjiē)、拉鉚釘、射釘連接(liánjiē)等新連接(liánjiē)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。35共四十頁(yè)冷彎型鋼構(gòu)件之間還采用機(jī)械連接(liánjiē)(咬合、扣合)無(wú)連接(liánjiē)件連接(liánjiē):

咬合示例36共四十頁(yè)扣合式示例(shìlì)GB50018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)37共四十頁(yè)(8)冷彎型鋼壁薄，GB50018規(guī)范規(guī)定構(gòu)件截面計(jì)算(jìsuàn)不計(jì)塑性發(fā)展，以邊緣屈服為準(zhǔn)則;而熱軋型鋼截面可考慮部分塑性發(fā)展。此外，冷彎型鋼構(gòu)件截面可采用線性法計(jì)算其截面特性。38共四十頁(yè)(9)、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，投資大，熱軋機(jī)不能更動(dòng)軋輥，產(chǎn)品單一，只生產(chǎn)規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)截面;基于以上9大不同點(diǎn)，冷彎型鋼與熱軋型鋼設(shè)計(jì)規(guī)范不能合一。冷彎型鋼結(jié)構(gòu)(jiégòu)最大特點(diǎn)是：冷加工、壁薄、截面允許局部屈曲且形式多樣,有其自身特殊計(jì)算方法。但二者確也有共同之處。我國(guó)近幾年投產(chǎn)建成的幾千家鋼構(gòu)公司,基本都裝備有冷軋機(jī)。冷彎型鋼在發(fā)展我國(guó)輕鋼結(jié)構(gòu)中起到了十分重要的作用。據(jù)國(guó)外文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，一幢門架式工業(yè)廠房，用于冷彎型鋼耗費(fèi)已超過(guò)熱軋型鋼;39共四十頁(yè)內(nèi)容(nèiróng)總結(jié)冷彎薄壁型鋼結(jié)