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H型鋼是一種新型經濟建筑用鋼。H型鋼截面形狀經濟合理,力學性能好,軋制時截面上各點延伸較均勻、內應力小,與普通工字鋼比較,具有截面模數大、重量輕、節省金屬的優點,可使建筑結構減輕30-40%;又因其腿內外側平行,腿端是直角,拼裝組合成構件,可節約焊接、鉚接工作量達25%。常用于要求承截能力大,截面穩定性好的大型建筑(如廠房、高層建筑等),以及橋梁、船舶、起重運輸機械、設備基礎、支架、基礎樁等。
H型鋼分為熱軋H型鋼 和焊接H型鋼(H)兩種,熱軋H型鋼又分為寬翼緣H型鋼(HW) 中翼緣H型鋼(HM)和窄翼緣H型鋼(HN)三種。
HW 是H型鋼高度和翼緣寬度基本相等;主要用于鋼筋砼框架結構柱中鋼芯柱,也稱勁性鋼柱;在鋼結構中主要用于柱
HM 是H型鋼高度和翼緣寬度比例大致為1.33~~1.75 主要在鋼結構中:用做鋼框架柱在承受動力荷載的框架結構中用做框架梁;例如:設備平臺
HN 是H型鋼高度和翼緣寬度比例大于等于2,主要用于梁;工字鋼的用途相當于HN型鋼;
在許多鋼結構項目中,都涉及到鋼梁開孔問題,比如吊裝孔、吊掛孔、穿筋孔等等,這些都是現場便于施工的措施,或者是其他專業的構造要求,比如管道支架吊掛點等。而現行設計及施工規范說明應盡量避免型鋼翼緣板開孔,這里在分析軟件中對幾種開孔情況進行簡化的計算分析,比較直觀的反映開孔對受力情況的影響。
因為不同項目結構形式,受力有差別,下面舉一個簡單算例來驗證這個結論,這里直接取鋼框架結構中一種最常見的鋼梁受力形式:兩端固支梁(多為主梁)。
計算模型鋼梁跨度取6M,主梁的截面取H 400x200x8x12,材質為Q235B。
開孔位置分別取如下位置,尺寸為φ20圓孔。
為使截面強度利用率達到90%,經查表計算得主梁均布荷載值取70KN/m,在支座處負彎矩最大,跨中處正彎矩最大,彎矩大小:情況1<情況2<情況3。
根據以上條件在軟件中建模加載(左圖),進行網格劃分(右圖),網格在孔部位進行加密處理以提高此部位求解精度,最后進行計算求解可以確認整體計算結果與理論計算基本吻合,翼緣板應力較大處出現在彎矩大的截面,也說明了H型鋼翼緣板主要承受彎矩作用,下面觀察三種情況的孔位處的應力分布情況:由于模型建模加載以及計算模型的誤差,所得結果數值精確度僅作為參考,但能一定程度上反映孔周邊實際受力過程中出現的應力集中狀況,觀察三處孔周應力數值分布情況,可見應力集中處應力大小:情況1<情況2<情況3,與實際理論計算彎矩大小分布相吻合。