混用钢号蜂窝梁试验方案.docx
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混用钢号蜂窝梁试验方案
混用钢号蜂窝梁试验方案
设计人：
袁海龙
导师：
混用钢号蜂窝梁试验方案
1.试验目的
（1）通过试验了解六边形孔混用钢号蜂窝梁在纯弯曲荷载作用下的局部稳定承载力。
（2）通过试验了解高厚比、孔高比、翼缘宽厚比和上翼缘强度对六边形孔混用钢号蜂窝梁在纯弯曲荷载作用下腹板局部稳定承载力的影响。
（3）通过试验了解高厚比、孔高比、翼缘宽厚比和上翼缘强度对六边形孔混用钢号蜂窝梁在纯弯曲荷载作用下翼缘的局部稳定承载力的影响。
（4）通过试验了解六边形孔混用钢号蜂窝梁局部稳定破坏形态。
2.试验设置
本试验为原型结构静力试验，试验指标为检测两端简支六边形孔混用钢号蜂窝梁在纯弯曲荷载作用下腹板和翼缘的稳定承载力。
在对混用钢号蜂窝梁进行试验时在梁跨中设置侧向支撑防止梁发生整体失稳，该支撑只限制梁侧向位移而不限制梁竖向位移。
在对混用钢号蜂窝梁腹板稳定承载力进行试验时，翼缘宽厚比符合规范的规定，根据混合水平正交试验设计方法，考虑高厚比、孔高比、翼缘宽厚比和上翼缘强度四个因素对混用钢号蜂窝梁腹板稳定承载力的影响，上翼缘强度设置两个水平，其余每个因素设置三个水平，采用正交表L9（34）安排4因素3水平试验，设计9根试件。
对混用钢号蜂窝梁翼缘稳定承载力进行试验时，腹板高厚比符合规范的规定，同样考虑高厚比、翼缘宽厚比，孔高比和上翼缘强度对其承载力的影响，因素—水平表分别如表1—1和表2-2所示。
腹板局部稳定影响因素表1—1
因素
水平
A
高厚比
B
孔高比
C
翼缘宽厚比
D
上翼缘强度
1
190
0.500
8
Q235
2
210
0.550
10
Q345
3
230
0.600
12
Q235
翼缘局部稳定影响因素表2-2
因素
水平
A
高厚比
B
孔高比
C
翼缘宽厚比
D
上翼缘强度
1
50
0.571
20
Q235
2
60
0.666
22
Q345
3
70
0.750
24
Q235
A—hw/tw；B—d/H；C—b/tf；。
按照因素的顺序首先在表格首行将各因素水平对号入座，在四种因素排好后，按因素水平所确定的关系将各因素不同的水平对号入座，试验方案表如下表3-3和表4—4所示。
腹板局部稳定试验表3-3
列号
试验号
A
高厚比
B
孔高比
C
翼缘宽厚比
D
上翼缘强度
1
1（190）
1（0.500）
1（8）
1（Q235）
2
1（190）
2（0.550）
2（10）
2（Q345）
3
1（190）
3（0.600）
3（12）
3（Q235）
4
2（200）
1
2
3（Q235）
5
2（200）
2
3
1（Q235）
6
2（200）
3
1
2（Q345）
7
3（210）
1
3
2（Q345）
8
3（210）
2
1
3（Q235）
9
3（210）
3
2
1（Q235）
翼缘局部稳定表4-4
列号
试验号
A
高厚比
B
孔高比
C
翼缘宽厚比
D
上翼缘强度
10
1（50）
1（0.571）
1（20）
1（Q235）
11
1（50）
2（0.666）
2（22）
2（Q345）
12
1（50）
3（0.750）
3（24）
3（Q235）
13
2（60）
1
2
3（Q235）
14
2（60）
2
3
1（Q235）
15
2（60）
3
1
2（Q345）
16
3（70）
1
3
2（Q345）
17
3（70）
2
1
3（Q235）
18
3（70）
3
2
1（Q235）
3.试件设计
试件通过对钢板切割再焊接而成，1至9号试件腹板和翼缘分别采用6mm和10mm厚的钢板，10至18号试件腹板和翼缘分别采用8mm和10mm厚的钢板，各试件腹板统一为Q235钢，上下翼缘分别采用Q235和Q345钢，各试件加劲勒统一为15mm厚的Q345钢。
根据英国和德国扩张比为1.5的六边形孔蜂窝梁标准孔型以及国内对蜂窝梁设计制作尺寸建议对混用钢号蜂窝梁试件进行设计，所有六边形孔斜边与水平线的夹角设为60°,1至9号试件孔间距s（梁桥长度）统一取为280mm，1至9号试件长度统一为6000mm,跨度为5600mm,10至18号试件孔间距s（梁桥长度）统一取为200mm,10至18号试件长度统一为4800mm,跨度为4400mm。
各试件统一设置3个孔洞，各试件在支座和集中荷载作用处设置横向加劲勒，在集中荷载作用处同时设置短加劲勒，所有短加劲勒与横向加劲勒之间的距离统一取为100mm,防止翼缘被剪断，1至9号试件，在集中荷载和支座之间设置纵向加劲勒，所有试件加劲勒对称布置，各试件的尺寸计算如下：
试件1:
梁高度为H=190×6+10×2=1160mm;宽度B=166mm,孔高度d=0.500×1160=580mm；孔洞数3个,端距为1799mm,孔斜边水平投影长度167mm，跨度L=5600mm。
试件2：
梁高度为H=190×6+10×2=1160mm;宽度B=206mm,孔高度d=0.550×1160=638mm；孔洞数3个，端距为1748mm,孔斜边水平投影长度184mm,跨度L=5600mm。
试件3：
梁高度为H=190×6+10×2=1160mm;宽度B=246mm,孔高度d=0.600×1160=696mm；孔洞数3个，端距为1700mm,孔斜边水平投影长度200mm,跨度L=5600mm。
试件4:
梁高度为H=200×6+10×2=1220mm;宽度B=206mm,孔高度d=0.500×1220=610mm；孔洞数3个，端距为1772mm,孔斜边水平投影长度176mm,跨度L=5600mm。
试件5:
梁高度为H=200×6+10×2=1220mm;宽度B=246mm,孔高度d=0.550×1220=671mm；孔洞数3个，端距为1721mm,孔斜边水平投影长度193mm,跨度L=5600mm。
试件6:
梁高度为H=200×6+10×2=1220mm;宽度B=166mm,孔高度d=0.600×1220=732mm；孔洞数3个，端距为1667mm,孔斜边水平投影长度211mm,跨度L=5600mm。
试件7:
梁高度为H=210×6+10×2=1280mm;宽度B=246mm,孔高度d=0.500×1280=640mm；孔洞数3个，端距为1748mm,孔斜边水平投影长度184mm,跨度L=5600mm。
试件8:
梁高度为H=210×6+10×2=1280mm;宽度B=166mm,孔高度d=0.550×1280=704mm；孔洞数3个，端距为1691mm,孔斜边水平投影长度203mm,跨度L=5600mm。
试件9:
梁高度为H=210×6+10×2=1280mm;宽度B=206mm,孔高度d=0.600×1280=768mm；孔洞数3个，端距为1637mm,孔斜边水平投影长度221mm,跨度L=5600mm。
试件10:
梁高度为H=50×8+10×2=420mm;宽度B=408mm,孔高度d=0.571×420=240mm；孔洞数3个，端距为1693mm,孔斜边水平投影长度69mm,跨度L=4400mm。
试件11:
梁高度为H=50×8+10×2=420mm;宽度B=448mm,孔高度d=0.666×420=280mm；孔洞数3个，端距为1660mm,孔斜边水平投影长度80mm,跨度L=4400mm。
试件12:
梁高度为H=50×8+10×2=420mm;宽度B=488mm,孔高度d=0.75×420=315mm；孔洞数3个，端距为1627mm,孔斜边水平投影长度91mm,跨度L=4400mm。
试件13:
梁高度为H=60×8+10×2=500mm;宽度B=448mm,孔高度d=0.571×500=286mm；孔洞数3个，端距为1654mm,孔斜边水平投影长度82mm,跨度L=4400mm。
试件14:
梁高度为H=60×8+10×2=500mm;宽度B=488mm,孔高度d=0.666×500=333mm；孔洞数3个，端距为1612mm,孔斜边水平投影长度96mm,跨度L=4400mm。
试件15:
梁高度为H=60×8+10×2=500mm;宽度B=408mm,孔高度d=0.75×500=375mm；孔洞数3个，端距为1576mm,孔斜边水平投影长度108mm,跨度L=4400mm。
试件16:
梁高度为H=70×8+10×2=580mm;宽度B=488mm,孔高度d=0.571×500=331mm；孔洞数3个，端距为1615mm,孔斜边水平投影长度95mm,跨度L=4400mm。
试件17:
梁高度为H=70×8+10×2=580mm;宽度B=408mm,孔高度d=0.666×500=386mm；孔洞数3个，端距为1567mm,孔斜边水平投影长度111mm,跨度L=4400mm。
试件18:
梁高度为H=70×8+10×2=580mm;宽度B=448mm,孔高度d=0.75×580=435mm；孔洞数3个，端距为1525mm,孔斜边水平投影长度125mm,跨度L=4400mm。
蜂窝梁试件表如表2-4所示。
表2-4试件表
试件号
长度
跨度
高度
宽度
孔高
孔间距
孔洞数
1
6000
5600
1160
166
580
280
3
2
1160
206
638
3
1160
246
696
4
1220
206
610
5
1220
246
671
6
1220
166
732
7
1280
246
640
8
1280
166
704
9
1280
206
768
10
4800
4400
420
408
240
200
3
11
420
448
280
12
420
488
315
13
500
448
286
14
500
488
333
15
500
408
375
16
580
488
331
17
580
408
386
18
580
448
435
单位为mm。
4.试验加载设计
4.1加载图式的选择
本试验为两端集中加载，荷载通过液压千斤顶施加荷载来实现，取中间纯弯部分，加载的荷载示意图如下图所示。
4.2加载装置设计
为了确保试验顺利进行，需要对加载装置、支座和侧向支撑进行设计。
对于加载装置的要求，首先要满足试验最大荷载量的要求，保证有足够的安全储备，在满足强度要求的同时，还必须考虑刚度要求，试验加载装置还要求使它能符合结构构件的受力条件。
对于支座的设计要求能模拟结构构件的边界条件和变形条件，否则就失去了受力的真实性，在试验中试件一端为固定铰支座另一端为滑动铰支座。
加载装置图如下图所示：
5.各试件承载力
采用Abaqus分析软件对各试件的局部稳定承载力进行了数值模拟分析，各试件的承载力如下表所示：
腹板局部稳定承载力表
两点荷载
试件
有限元值
试验值
试件
有限元值
试验值
试件
有限元值
试验值
1
340.585
4
393.802
7
435.548
2
445.588
5
486.
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