CN109610726A - 一种针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁c型钢组合柱 - Google Patents

一种针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁c型钢组合柱 Download PDF

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陈建锋
徐大明
杨鑫鑫
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    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/30—Columns; Pillars; Struts
    • E04C3/32—Columns; Pillars; Struts of metal

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Abstract

本发明公开了一种针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱，包括冷弯薄壁C型钢和钢筋，所述钢筋沿所述冷弯薄壁C型钢的纵向设置于所述冷弯薄壁C型钢的翼缘或/和腹板内表面。本发明的针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱不改变构件的原有截面轮廓，在用钢量较少的前提下，能够大幅度提高冷弯薄壁型钢构件的极限承载力；且施工简单，可应用于在建和在役的冷弯薄壁C型钢结构。

Description

一种针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱
技术领域
本发明涉及建筑工程与组合结构技术领域，尤其涉及一种针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱。
背景技术
冷弯薄壁型钢结构因其材料强度高、自重轻、加工成型简单、便于连接装配、施工方便、经济性好等优点，近年来被广泛应用于绿色装配式建筑中。但是，由于冷弯薄壁型钢结构构件宽肢薄壁的特点，加之部分截面开口等原因，使得构件受力时极易发生屈曲，更为严重会导致整体结构丧失承载能力，而此时构件截面应力通常尚未达到甚至远小于材料屈服强度，极大浪费了材料的强度储备。与此同时，在工程实际中，由于冷弯薄壁型钢构件对荷载变化较为敏感，对于在建和在役冷弯薄壁轻型钢结构，往往由于使用荷载增加，或者建筑功能的改变，导致原有构件承载力不足，无法满足建筑物安全性要求，此时，也需要对该类构件进行设计加固。
冷弯薄壁C型钢是轻型钢结构中最基本也是最为常见的截面类型之一，此类截面构件在受压状态下，通常有三种基本的屈曲模式：畸变屈曲、局部屈曲和整体屈曲；整体屈曲又分为弯曲屈曲、扭转屈曲和弯扭屈曲。针对以上问题，各国学者提出一系列加强措施，其中包括：通过拼合截面提高构件承载力，通过约束C型钢卷边提高构件承载力，通过设置加劲肋优化截面形状提高构件承载力，以及通过不同材料与冷弯薄壁型钢组合提高构件承载力。
以上方法均在一定程度上增加了冷弯薄壁C型钢构件承载能力，但是，其大多适用于新建结构设计中用于加强构件承载力，且改变了原构件的截面形状，使构件在承载力提高的同时，增加了钢材及相关材料的用量，施工多有不便，且应用具有一定的局限性。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱，该组合柱不改变构件的原有截面轮廓，在用钢量较少的前提下，能够大幅度提高冷弯薄壁型钢构件的极限承载力，且施工简单，可应用于在建和在役的冷弯薄壁C型钢结构。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
一种针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱，包括冷弯薄壁C型钢和钢筋，所述钢筋沿所述冷弯薄壁C型钢的纵向设置于所述冷弯薄壁C型钢的翼缘或/和腹板内表面。
本发明技术方案的特点和进一步的改进在于：
优选的，所述针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱还包括端头钢板，所述端头钢板设置于所述冷弯薄壁C型钢的翼缘或/和腹板沿纵向的内表面的端部，并与所述钢筋连接。
进一步优选的，所述端头钢板设置于所述冷弯薄壁C型钢的翼缘或/和腹板沿纵向的内表面的端部的中间。
优选的，所述钢筋设置于所述冷弯薄壁C型钢的翼缘或/和腹板沿纵向的内表面的中心线上。
优选的，所述钢筋设置于所述冷弯薄壁C型钢的翼缘和腹板沿纵向的内表面的中心线上。
优选的，所述钢筋与所述冷弯薄壁C型钢之间采用结构胶粘接。
优选的，所述端头钢板与所述冷弯薄壁C型钢之间采用结构胶粘接，所述端头钢板与所述钢筋之间焊接。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱，该组合柱不改变构件的原有截面轮廓，在用钢量较少的前提下，能够大幅度提高冷弯薄壁型钢构件的极限承载力；并且，由于钢筋取材方便，施工简单，无残余应力等优点，该组合柱在城市修补、绿色轻型钢结构设计以及在役构件的加固上能够得到良好的应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱的一种实施例的立体结构示意图；
图2是图1的俯视结构示意图；
图3是图1中A-A处的剖面结构示意图；
图4是本发明的针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱的一种实施例的钢筋在腹板或翼缘内表面的布置平面结构图；
图5是冷弯薄壁C型截面构件在受压状态下发生局部屈曲形变图。
以上图1-图5中：1冷弯薄壁C型钢；101翼缘；102腹板；2钢筋；3端头钢板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明的针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱的一种实施例的立体结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供了一种针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱，包含冷弯薄壁C型钢1和钢筋2，所述钢筋2沿所述冷弯薄壁C型钢1的纵向设置于所述冷弯薄壁C型钢1的翼缘101或/和腹板102内表面。
该组合柱针对冷弯薄壁C型钢在受压状态下发生局部屈曲破坏的构件(如图5所示)，通过在冷弯薄壁C型钢的柱身内壁设置钢筋，可使构件在荷载作用下，钢筋与冷弯薄壁C型钢柱身钢板一起同时受力，协同变形。钢筋的设置可以约束柱身钢板的局部变形，增加构件的整体刚度，提高构件的稳定承载力，同时也加强了构件截面强度承载力，有效提高构件在荷载作用下的承载性能，有效防止其在轴压荷载作用下过早发生局部屈曲破坏的现象。
进一步的，参考图1，本发明实施例所提供的针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱还包括端头钢板3，所述端头钢板3设置于所述冷弯薄壁C型钢的翼缘101或/和腹板102沿纵向的内表面的端部，并与所述钢筋2连接；端头钢板3的设置可以起到应力缓冲的作用。
具体的，参考图2，所述端头钢板3可设置于所述冷弯薄壁C型钢的翼缘101或/和腹板102沿纵向的内表面的端部的中间，端头钢板3的设置可以起到应力缓冲的作用。
进一步的，本发明实施例所提供的针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱中，钢筋2设置于所述冷弯薄壁C型钢1的翼缘101或/和腹板102沿纵向的内表面的中心线上，可防止构件过早发生局部屈曲，从而提高构件极限承载力。
参考图3，本实施例中，所述钢筋2设置于所述冷弯薄壁C型钢1的翼缘101和腹板102沿纵向的内表面的中心线上。并且，参考图4，本实施例的钢筋2都是纵向通长布置于冷弯薄壁C型钢1的翼缘101和腹板102沿纵向的内表面的中心线上。这种布置方式有效防止构件在轴向压力作用下过早发生局部屈曲破坏的现象，显著提高了构件的极限承载力。
本实施例中，钢筋2与冷弯薄壁C型钢1之间可以采用结构胶粘接，端头钢板3与冷弯薄壁C型钢1之间采用结构胶粘接，端头钢板3与钢筋2之间可采用焊接连接。
示例性的，
一轴心受压的C型钢柱，C型钢截面为C92×42×15×1.2，柱高0.3m，未加钢筋2前，其破坏模式为局部屈曲。分别采用传统的冷弯薄壁C型钢1，和本发明的针对局部屈曲破坏的钢筋2与冷弯薄壁C型钢1组合柱(钢筋2直径Φ4)，两种构件的应用效果对比如下表：
由上表可知，与传统C型钢截面柱相比，采用本发明的组合截面柱，可在不改变原构件截面轮廓前提下，不影响建筑效果及使用要求，同时其承载力提高了57.2％，用钢量仅增加15.7％；完全实现了本发明所要达到的在用钢量较少的前提下能够大幅度提高冷弯薄壁型钢构件的极限承载力的目的。
本发明针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱为工程实践和设计提供了依据，可有效提高材料强度的有效利用率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱，其特征在于，包括冷弯薄壁C型钢和钢筋，所述钢筋沿所述冷弯薄壁C型钢的纵向设置于所述冷弯薄壁C型钢的翼缘或/和腹板内表面。
2.根据权利要求1所述的针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱，其特征在于，还包括端头钢板，所述端头钢板设置于所述冷弯薄壁C型钢的翼缘或/和腹板沿纵向的内表面的端部，并与所述钢筋连接。
3.根据权利要求2所述的针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱，其特征在于，所述端头钢板设置于所述冷弯薄壁C型钢的翼缘或/和腹板沿纵向的内表面的端部的中间。
4.根据权利要求1所述的针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱，其特征在于，所述钢筋设置于所述冷弯薄壁C型钢的翼缘或/和腹板沿纵向的内表面的中心线上。
5.根据权利要求1所述的针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱，其特征在于，所述钢筋设置于所述冷弯薄壁C型钢的翼缘和腹板沿纵向的内表面的中心线上。
6.根据权利要求1所述的针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱，其特征在于，所述钢筋与所述冷弯薄壁C型钢之间采用结构胶粘接。
7.根据权利要求2所述的针对局部屈曲破坏的钢筋与冷弯薄壁C型钢组合柱，其特征在于，所述端头钢板与所述冷弯薄壁C型钢之间采用结构胶粘接，所述端头钢板与所述钢筋之间焊接。
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