门式刚架H型钢梁翼缘厚度与梁稳定性关系研究

吕 淼 王建省 王宗泽

北方工业大学土木工程学院

门式刚架H型钢梁翼缘厚度与梁稳定性关系研究

吕 淼 王建省 王宗泽

北方工业大学土木工程学院

基于采用H型钢做钢梁的大跨度门式刚架进行分析，用PKPM软件建立了力学分析模型，设定了力学计算参数，模拟真实刚架的受力，给出恒荷载、线荷载及风荷载作用于钢梁，并选取高度、翼板宽度、腹板厚度相同但翼缘厚度不同的几组梁进行计算分析，从而总结出门式刚架H型钢梁翼缘厚度与梁稳定性的关系。

研究背景

近年来，我国轻型钢结构的研究与应用迅猛发展，大量轻型钢结构出现，其中不乏个性化，结构形式灵活多变的大跨结构。门式刚架是轻型钢结构的一种形式，受力性能好、建筑造型美观、施工速度快、而且用钢量较少、造价低廉，在我国广泛应用于工业、居住及公共建筑，是比较常用的一种结构方案。当结构内力和跨度较大时，宜采用变截面。

本案例通过建立模型计算对比，分析了大跨度门式刚架变截面梁的翼缘厚度对于梁稳定性的影响。

截面尺寸设置

研究大跨度门式刚架在荷载作用下H型钢梁翼缘厚度与梁稳定性关系，材料统一使用Q235钢，属性参数取对应的属性参数，桁架梁净跨为72m，榀间距为9m，两侧结构对称，梁与柱均采用焊接H型钢，为节省用钢量，使截面合理，梁柱均采用变截面，其中柱采用变截面H型钢，梁采用三等分的变截面H型钢。

柱的截面尺寸为。变截面梁的三段尺寸（以为初始组数据）分别为H1600 ~ 1200×400×14×20，H1200×400×14×20，H1200 ~ 1600×400×14×20。所有数值单位均为mm。

选定除翼板厚度外其他截面尺寸均相同的截面进行计算分析。翼缘厚度分别取20mm、22mm、24mm、26mm、28mm、30mm、32mm，将数据输入PKPM进行计算。

荷载及参数设置

本案例按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS102：2002）计算。

利用PKPM软件中门式刚架模块进行案例门式刚架的建模，以中间区的一榀刚架为例进行计算，软件中各项参数的输入如图1所示。

参数设置好后开始设置荷载。根据案例的实际情况，考虑输入的荷载有恒荷载、活荷载、风荷载。因采用PKPM计算的时候，梁柱的自重会由软件自动生成，最终给定恒荷载的输入值为，活荷载的输入值为，风荷载的标准值为，风荷载的相关系数、荷载分项系数、荷载组合系数等系数均按《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》为标准取值输入软件进行计算。

图1　PKPM参数设置

已知选定除翼板厚度外其他截面尺寸均相同的截面进行计算分析，由于结构自重软件已自行计量，计算中唯一变量为翼缘厚度。变量翼缘厚度分别取20mm、22mm、24mm、26mm、28mm、30mm、32mm，点击计算得出计算结果，整理所得数据如表1所示。其中，各组数据的腹板宽厚比、考虑屈曲后强度抗弯承载力比值、抗剪强度计算应力比、平面外稳定应力比（对应长细比）均满足稳定性要求。

表1　梁的稳定性相关参数表

翼缘厚度与结构稳定性的关系

由计算结果绘出相应的变化趋势图，见图2－图4。

结合图表可看出，当翼缘厚度逐渐增大时，考虑屈曲后强度计算应力比呈变小趋势，即结构抗压强度越大。

当翼缘厚度逐渐增大时，抗剪强度计算应力比呈变大趋势，即结在抗剪强度越小。

当翼缘厚度逐渐增大时，平面外稳定计算最大应力比呈变小趋势，即梁的平面外稳定性越好。

图2　翼缘厚度与考虑屈曲后强度计算最大应力比的关系

图3　翼缘厚度与抗剪强度计算最大应力比的关系

图4　翼缘厚度与平面外稳定计算最大应力比的关系

结语与建议

本文研究了门式刚架H型钢梁翼缘厚度与梁稳定性关系，用PKPM软件建立了分析模型，设定相关的计算参数并分别进行取值，得出计算结果后整理分析并绘出函数图，总结分析出翼缘厚度对结构稳定性的影响。

结论表明，当翼缘厚度逐渐增大时，结构抗压强度变大，抗剪强度变小，梁的平面外稳定性越好，但在实际设计中还要综合经济等方面因素进行具体分析设计。