CN217299463U - 一种腹板u型加劲的冷弯薄壁c型钢构件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种腹板U型加劲的冷弯薄壁C型钢构件，包括腹板、翼缘和卷边；翼缘分为上翼缘和下翼缘，上翼缘和下翼缘平行设置，腹板上端和下端分别与上翼缘的左端和下翼缘的左端相连，卷边设在上、下翼缘的右端且平行于腹板相对布设；其特征在于：在腹板上设有U型加劲肋，U型加劲肋位于上翼缘和下翼缘之间，且U型加劲肋关于腹板中点对称布设，U型加劲肋的横截面呈现弧形。冷弯薄壁C型钢构件的腹板采用弧形的U型加劲比不加劲的冷弯薄壁C型钢构件的承载能力显著提高，具有较高的应用价值。

Description

一种腹板U型加劲的冷弯薄壁C型钢构件

技术领域

本实用新型涉及加劲截面构件领域，具体涉及一种腹板U型加劲的冷弯薄壁C型钢构件。

背景技术

冷弯薄壁C型钢因具有优良的综合性能，在货架及仓储结构中得到广泛应用。近年来，冷弯薄壁C型钢作为承重构件、围护构件也大量用于轻钢房屋中。冷弯薄壁型钢构件宽厚比较大，容易发生局部屈曲，为增强构件的局部稳定性能，通常在截面上布置有V形加劲，U形加劲较少。目前的加工工艺为生产这样种带加劲的冷弯薄壁C型钢结构构件提供了可能，并在越来越多的工程实际中得到广泛应用，所以有必要通过数值模拟的方式对新型加劲构件进行研究。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种承载能力显著提高的腹板U型加劲的冷弯薄壁C型钢构件。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种腹板U型加劲的冷弯薄壁C型钢构件，包括腹板、翼缘和卷边；翼缘分为上翼缘和下翼缘，上翼缘和下翼缘平行设置，腹板上端和下端分别与上翼缘的左端和下翼缘的左端相连，卷边设在上、下翼缘的右端且平行于腹板相对布设；其特征在于：在腹板上设有U型加劲肋，U型加劲肋位于上翼缘和下翼缘之间，且U型加劲肋关于腹板中点对称布设，U型加劲肋的横截面呈现弧形。

按上述技术方案，U型加劲肋的横截面采用圆弧。

按上述技术方案，U型加劲肋的横截面采用半圆弧。

按上述技术方案，腹板的高度为h，U型加劲的高度取值范围为h/12～h/2，U型加劲肋横截面采用半圆弧的半径为U型加劲的高度的一半。

本实用新型具有以下有益效果：

冷弯薄壁C型钢构件的腹板采用弧形的U型加劲比不加劲的冷弯薄壁C型钢构件的承载能力显著提高，具有较高的应用价值。

附图说明

图1是本实用新型提供实施例的结构示意图；

图2是本实用新型提供实施例的截面图；

图3是本实用新型腹板U型加劲(10mm加劲高度)冷弯薄壁C型钢有限元模型；

图4是本实用新型腹板U形加劲冷弯薄壁C型钢非线性分析后模型；

图中，1、腹板；2、翼缘；2-1、上翼缘；2-2、下翼缘；3、卷边；4、U型加劲肋。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

参照图1所示，本实用新型提供的一种腹板U型加劲的冷弯薄壁C型钢构件，包括腹板1、翼缘2和卷边3；翼缘分为上翼缘2-1和下翼缘2-2，上翼缘和下翼缘平行设置，腹板上端和下端分别与上翼缘的左端和下翼缘的左端相连，卷边设在上、下翼缘的右端且平行于腹板相对布设。在腹板上设有U型加劲肋4，U型加劲肋位于上翼缘和下翼缘之间，且U型加劲肋关于腹板中点对称布设，U型加劲肋的横截面呈现弧形，弧形可以选用圆弧、椭圆弧、或者不规则弧形。

进一步地，U型加劲肋的横截面采用圆弧，圆弧的弧长取值范围是0.5πR～1.5πR，R为圆弧的半径。

进一步地，U型加劲肋的横截面采用半圆弧。

进一步地，腹板的高度为h，U型加劲的高度取值范围为h/12～h/2，U型加劲肋横截面采用半圆弧的半径为U型加劲的高度的一半。

本实用新型的效果验证方式，包括如下步骤：

S1、以《冷弯薄壁卷边槽钢的畸变屈曲承载力研究》的构件为依据，进行特征值屈曲分析和非线性分析，将有限元分析所得屈曲承载力和极限承载力与试验数据进行对比，分析误差，证明其分析的有效性；S2、在原有构件模型上进行腹板加劲，建立腹板U形加劲的冷弯薄壁C型钢几何模型；S3、对几何模型进行有限元网格划分；S4、对几何模型施加约束；S5、耦合节点自由度对构件直接施加单位荷载；S6、对构件进行特征值屈曲分析，获得其一阶屈曲模态及其屈曲荷载；S7、引入初始缺陷，重新施加荷载；S8、采用弧长法逐步加载求解构件极限承载力。

如图2所示，建立腹板U型加劲的冷弯薄壁C型钢构件的几何模型，由于研究的构件高厚比、宽厚比大，板件较薄，所以选用SHELL181单元进行模拟，材料屈服应力184MPa，极限强度为325MPa，材料弹性模量取为E＝1.8e5MPa，泊松比为0.3，构件材料的应力应变关系采用理想弹塑性材料模型，即双折线模型。为了使模拟更加接近实际引入了重力场和密度。壳体单元模拟这类薄壁构件比实体单元更有优势，从计算精度上能满足工程要求。

Ansys软件在划分网格时主要有两种方法，自由划分网格法和映射划分网格法，虽然自由网格划分法最方便快捷，实用性最强，但划分完网格形式多样且无规律性，本发明采用的构件形式沿高度方向一致，没有变化，所以采用映射网格划分法也比较方便，且划分完全部呈现规整的四边形总体效果较好，所以本发明采用映射划分网格法。网格划分时，过大过小都会影响计算的精确度，经过试算，采用5mm×5mm的网格尺寸对构件进行划分。

从实验装置来看：在构件的两端均设置了刀口支座。这种边界约束在有限元模拟时就相当于：约束上端面节点UX、UY自由度，放松其他自由度；约束下端面UX、UY、UZ自由度，放松其他自由度。对模型施加均匀荷载的方法有两种，一种是在构件端部加上刚性板来承受集中荷载，此种方法要求该刚性板刚度足够大确保受力时不会发生变形且能把荷载均匀传递到构件模型上。另一种是直接对构件施加均匀荷载，通过耦合节点自由度的方法。本模拟采用第二种加载方法。

首先对构件进行特征值屈曲分析，通常只施加一个载荷，由屈曲分析计算出来的特征值表示屈曲载荷系数，因此若施加的是单位载荷，则该特征值就表示实际的屈曲载荷。

一般初始缺陷大小取构件的千分之一，即L/1000。

对构件进行非线性分析，采用弧长法进行逐步加载求解。由于施加了初始缺陷，加载求解的过程中构件的变形会逐渐增大，当达到其极限承载力后，荷载将会迅速下降，加载时选择弧长法是因为在刚度矩阵为零或者负值时，弧长法可以阻止平衡迭代的发散，达到收敛的效果，求解速度也快，精确度较高。

为验证有限元模型的有效性及正确性，进而用来进行新型截面构件的分析，下面将不加劲的冷弯薄壁C型钢构件有限元分析结果与已有实验构件结果进行对比验证。

表1为轴心受压构件的屈曲荷载与有限元软件计算的屈曲荷载和极限承载力对比情况

表1C-1、C-3构件屈曲荷载和极限承载力对比

通过对比发现，试验结果与Ansys分析结果误差在3％左右，模拟所得数据与试验数据极为吻合，该有限元分析方法有效，可进行腹板U形加劲截面构件的非线性分析。

图3为腹板U形加劲冷弯薄壁C型钢非线性分析所得荷载-位移曲线图。

由图可知，构件的极限承载力约为42KN，比不加劲的冷弯薄壁C型钢构件提高约97％，该新型截面构件具有一定的应用价值。

本实用新型的优选实施例如下：

目前市场上大多数冷弯薄壁C型钢的厚度t都为1mm，截面高度H为1200mm，翼缘宽度B为60mm，卷边宽度C为60mm，本新型截面在腹板上采用U型加劲，并通过设置8组(U-1～U-8)不同加劲高度(直径)的加劲肋来对构件进行Ansys非线性分析，分析构件的极限承载力，结果表2所示。

表2腹板U型加劲构件的计算参数

分析表2结论可知，构件的屈曲承载力随着加劲高度的增大而增大。加劲高度为0～H/12范围内时，腹板U型加劲构件的承载力提高不太明显，而加劲高度在H/4～H/3范围内时，构件承载力提高过大，增大趋势不稳定。加劲高度在H/12～H/2范围内时，腹板U型加劲的构件的承载力总体呈上升趋势，在H/2处达到峰值，加劲高度在H/2～2H/3范围内略微下降，但减小得不明显。可知，在腹板高度H＝1200mm时，加劲高度在100mm～600mm时，构件的承载力有稳定的提升，加劲比例为H/12～H/2。

以上的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种腹板U型加劲的冷弯薄壁C型钢构件，包括腹板、翼缘和卷边；翼缘分为上翼缘和下翼缘，上翼缘和下翼缘平行设置，腹板上端和下端分别与上翼缘的左端和下翼缘的左端相连，卷边设在上、下翼缘的右端且平行于腹板相对布设；其特征在于：在腹板上设有U型加劲肋，U型加劲肋位于上翼缘和下翼缘之间，且U型加劲肋关于腹板中点对称布设，U型加劲肋的横截面呈现弧形。

2.根据权利要求1所述的腹板U型加劲的冷弯薄壁C型钢构件，其特征在于：U型加劲肋的横截面采用圆弧。

3.根据权利要求2所述的腹板U型加劲的冷弯薄壁C型钢构件，其特征在于：U型加劲肋的横截面采用半圆弧。

4.根据权利要求3所述的腹板U型加劲的冷弯薄壁C型钢构件，其特征在于：腹板的高度为h，U型加劲的高度取值范围为

U型加劲肋横截面采用半圆弧的半径为U型加劲的高度的一半。

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