阅读说明：本技术 不等高截面热轧槽钢拼合梁的设计方法 (Design method of unequal-height section hot-rolled channel steel spliced beam ) 是由 郁有升 王鹏鹏 张子露 于 2019-11-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及不等高截面热轧槽钢拼合梁的设计方法,该拼合梁设计方法包括以下步骤：设计一组不同螺栓间距为变量,其他参数不变的不等高截面热轧槽钢拼合梁模型；利用有限元分析软件ABAQUS分析得到不等高截面热轧槽钢拼合梁的极限承载力；根据最小二乘法拟合出的极限受弯承载力公式,绘制极限受弯承载力与螺栓间距的关系曲线；通过曲线的临界点确定不等高截面热轧槽钢拼合梁螺栓间距的最优取值。螺栓间距过大,不等高截面热轧槽钢拼合梁出现两肢槽钢分离现象,导致极限承载力降低；螺栓间距过小会导致成本过高,经济效益差。本发明适用于不同大小开间布局的拼装,既保证了结构的安全性又避免了材料的浪费,并具有较好的经济性。(The invention relates to a design method of a non-uniform-height section hot-rolled channel steel spliced beam, which comprises the following steps of: designing a group of unequal-height section hot-rolled channel steel spliced beam models with variable bolt intervals and unchanged other parameters; obtaining the ultimate bearing capacity of the unequal-height section hot-rolled channel steel spliced beam by using finite element analysis software ABAQUS analysis; drawing a relation curve of the ultimate bending bearing capacity and the bolt distance according to an ultimate bending bearing capacity formula fitted by a least square method; and determining the optimal value of the bolt spacing of the unequal-height section hot-rolled channel steel splicing beams through the critical point of the curve. The distance between the bolts is too large, and the phenomenon of two-limb channel steel separation occurs in the unequal-height section hot-rolled channel steel spliced beam, so that the ultimate bearing capacity is reduced; too small a bolt spacing results in too high a cost and poor economic efficiency. The invention is suitable for assembling the compartments with different sizes, not only ensures the safety of the structure, but also avoids the waste of materials and has better economy.)

不等高截面热轧槽钢拼合梁的设计方法

技术领域

本发明属于土木工程领域，本发明涉及不等高截面热轧槽钢拼合梁的设计方法。

背景技术

装配式建筑在设计过程中，当房屋的使用功能、开间大小存在差异时，通常采用模块化、归并化以减少构件种类，缺乏深化设计，致使预制构件造价比重加大，制约装配式建筑推广应用。

组合截面钢构件与其他截面形式相比，具有材料利用合理、刚度大、抗扭性能好的优点。不等截面热轧槽钢拼合梁是一种新型的装配式钢梁，适用于不同开间楼板的拼接，使楼板拼接简便，施工效率得到提高。目前不等高热轧槽钢拼合梁螺栓间距的取值按照经验布 置，缺乏理论依据，尚无关于螺栓间距对不等高热轧槽钢拼合梁力学性能影响的研究。

发明内容

本发明针对不等高热轧槽钢拼合梁的设计，提供了一种螺栓间距最优取值的确定方 法。

为实现上述目的，本发明包括以下步骤：

第一步：设计一组不同螺栓间距为变量，其他参数不变的不等高截面热轧槽钢拼合 梁模型；

第二步：建立ABAQUS有限元模型，选用实体单元C3D8R进行模拟，两肢槽钢 之间、拼合梁与螺栓之间均为表面与表面接触连接，摩擦系数为0.4，在不等高截面热轧槽钢 拼合梁的两1/4处建立耦合点，耦合点位于两肢槽钢拼合处，在耦合点处施加集中荷载；

第三步：通过有限元软件ABAQUS进行非线性屈曲分析，得到不等高热轧槽钢拼 合梁的极限受弯承载力P₀；

第四步：根据不等高热轧槽钢拼合梁在不同螺栓间距下的极限受弯承载力，利用最 小二乘法拟合出不等高热轧槽钢拼合梁的极限受弯承载力公式：

当时，

当时，

当时，

式中：f_y为钢材的屈服强度；L为拼合梁的跨度；S为螺栓间距；h₁为槽钢1(截面 高度大的槽钢)的高度；h₂为槽钢2(截面高度小的槽钢)的高度；K为槽钢2高度和槽钢2 高度的比值，K＝h₂/h₁，η为不等高截面热轧槽钢拼合梁受弯承载力的折减系数；b₁为槽钢1 的翼缘宽度；t₁为槽钢1的翼缘厚度；b₂为槽钢2的翼缘宽度；t₂为槽钢2的翼缘厚度；

第五步：根据公式(1)、(2)、(3)、(4)绘制出螺栓间距S与极限受弯承载力 P₀关系曲线；

第六步：根据螺栓间距S与极限受弯承载力P关系曲线临界点，确定不等高热轧槽钢拼合梁螺栓间距的最优取值。

为了实现本发明的目的，还可以采用如下技术方案：

所述螺栓布置方式为一列布置两个螺栓。

所述不等高截面热轧槽钢拼合梁螺栓间距的取值范围为3L/24≤S≤6L/24。

本发明的有益效果：在不等高截面热轧槽钢拼合梁的设计中，确定螺栓间距的取值 能有效提高不等高截面热轧槽钢拼合梁的极限承载力，既保证了结构的安全性又避免了材料 的浪费，并具有较好的经济性。

附图说明

图1为本发明实施例的不等高截面热轧槽钢拼合梁截面布置图；

图2为本发明实施例的不等高截面热轧槽钢拼合梁结构示意图；

图3为本发明实施例的不等高截面热轧槽钢拼合梁参数示意图；

图4为本发明实施例的试件1～试件6的破坏形态；

图5为本发明实施例的螺栓间距与极限受弯承载力的关系曲线；

附图标记：1-槽钢1、2-槽钢2、3-螺栓、4-加劲肋。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

第一步：槽钢1选用标准型号槽钢[40a(400×100×10.5×18)，槽钢2选用标准型号槽 钢[20a(200×73×7×11)，螺栓选用M30螺栓，槽钢的强度等级为Q345，拼合梁跨度取5400mm， 为确定螺栓间距对不等高截面热轧槽钢拼合梁极限受弯承载力的影响，设计6个以螺栓间距 为变量，其他参数不变的不等高截面热轧槽钢拼合梁试件1～试件6，这6个试件的螺栓间距 分别取225mm、450mm、675mm、1350mm、1800mm、2700mm，试件信息如表1所示；

第二步：建立ABAQUS有限元模型，选用实体单元C3D8R进行模拟，两肢槽钢之 间、拼合梁与螺栓之间均为表面与表面接触连接，摩擦系数为0.4，在不等高截面热轧槽钢拼合梁的两1/4处建立耦合点，耦合点的位置位于两肢槽钢拼合处，在耦合点处施加集中荷载；

第三步：通过有限元软件ABAQUS进行非线性屈曲分析，得到试件1～试件6的极 限受弯承载力P₀，如表1所示，图4为试件1～试件6的破坏形态，可见，不等高热轧槽钢拼 合梁的破坏模式为整体失稳弯扭破坏；

第四步：根据不等高热轧槽钢拼合梁在不同螺栓间距下的极限受弯承载力，利用最 小二乘法拟合出不等高热轧槽钢拼合梁的极限受弯承载力公式：

当时，

当时，

当时，

式中：f_y为钢材的屈服强度；L为拼合梁的跨度；S为螺栓间距；h₁为槽钢1(截面 高度大的槽钢)的高度；h₂为槽钢2(截面高度小的槽钢)的高度；K为槽钢2高度和槽钢2 高度的比值，K＝h₂/h₁，η为不等高截面热轧槽钢拼合梁受弯承载力的折减系数；b₁为槽钢1 的翼缘宽度；t₁为槽钢1的翼缘厚度；b₂为槽钢2的翼缘宽度；t₂为槽钢2的翼缘厚度；

第五步：分析可知K＝1/2，根据公式(1)、(2)，绘制螺栓间距S与极限受弯承载 力P关系曲线，由图5可见，螺栓间距增加到1350mm前，极限受弯承载力未见明显下降， 螺栓间距加到1350mm后，极限受弯承载力下降明显，由图4可知螺栓间距为1350mm时， 拼合梁两肢槽钢之间出现分离，螺栓间距为675mm时，未见分离现象。

综合分析螺栓间距对不等高热轧槽钢拼合梁极限受弯承载力的影响及对破坏形态 的影响，得出螺栓间距取值范围为取3L/24≤S≤6L/24。

表1试件基本信息和计算结果

试件编号	槽钢1型号	槽钢2型号	跨度/mm	螺栓间距S/mm	S/L	极限承载力P<sub>0</sub>/kN
							1	40a	20a	5400	2700	12/24	151.16
2	40a	20a	5400	1800	8/24	214.22
							3	40a	20a	5400	1350	6/24	295.22
4	40a	20a	5400	675	3/24	295.31
							5	40a	20a	5400	450	2/24	296.37
6	40a	20a	5400	225	1/24	297.73

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围 的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明技术方案的基础上，本领域技术人员不需要 付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。