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圆钢管轴压构件开洞与补强研究报告
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编号:STR201302
封面
圆钢管轴压构件开洞与补强研究报告
0 引言
1 机理研究
2 研究方法
3 参数分析
4 补强措施
5 结论
撰 写 人:孟宪德
联系方式:structer@126.com
二○一三年十二月
圆钢管轴压构件开洞与补强研究报告
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圆钢管轴压构件开洞与补强研究
0 引言
无论在空间结构还是框架结构中,经常使用圆钢管截面的构件。有时不可避免的会在管壁上开
圆洞,特别是立柱构件,以便于内置的雨水管或者电缆管穿出。如图 1所示。
《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98) [1] 给出了 H型钢梁开孔的原则和补强的要求:不
应在距离梁端 1倍的梁高范围内开孔,开孔的高度/直径不应大于 1/2倍的梁高。而对圆钢管截面构
件,未见文献对开洞和补强有指导原则或者设计建议。
(c) 开洞补强
C
C
外包环管
C-C(a) 开洞补强 A-A(b) 开洞补强 B-B
A
A
B
B
内套管 外贴环板
图 1 圆钢管开洞与补强
Fig 1 Circular hole and reinforcement on the CHS member
本报告对轴压工况下的热轧圆钢管截面构件,在侧壁开圆洞时的承载力削弱和补强措施进行研
究。首先对洞口周边的受力机理进行研究,给出承载力削弱的力学机理分析。其次对研究方法-数
值分析方法的有效性进行了论证。再次,通过参数分析模型对开洞情况下的承载力削弱进行分析,
给出分析结果。第四,针对工程中常用的两种补强措施,建立参数模型,给出分析结果。最后,根
据开洞和补强的分析结果,给出设计建议,以填补此方面的空白。
1 机理研究
从应力和变形两方面来进行侧壁开洞的机理分析。如图 2所示,构件仅承受轴压力 N,轴压力
作用于截面形心,总体上轴压应力 σN均匀分布。在开洞位置,净截面面积 An较毛截面面积 A小,
面积削弱,造成开洞区域净截面轴压应力 σNe较 σN大。另外,在开洞位置,轴力 N作用位置与截面
形心轴不一致,出现偏差,产生附加弯曲应力 σMe。因此,洞口两侧正应力将增大,具体数值取决
于洞口的尺寸。
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σ
σ
(a) 洞口应力图 (b) 应力展开图
σ
展开 展开
N
Ne
σMe
σN = N /A
σNe= N /Ae
σMe= M/We
洞边洞边
N
Nσ
σ
(a) 洞口变形 (b) A-A (c) B-B
A A
B
B
图 2 洞口轴向应力分布示意 图 3 洞口变形示意
Fig 2 Axial stress distribution at the
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