冷弯薄壁型钢结构介绍

冷弯薄壁型钢结构(jiégòu)介绍

IntroductionofCold-FormedThin-WalledSteelStructures

1共四十页一、冷弯薄壁型钢(xínggāng)结构和它的应用

Cold-FormedSteelStructures&ItsApplications1.什么是冷弯薄壁型钢结构(WhatisCold-FormedSteel?)定义(dìngyì):

在室温下将较薄钢带通过辊轧或冲压弯折成各种截面的型钢。2共四十页房屋建筑中的冷弯型钢(xínggāng)截面形式Sectionsofcold-formedsteelusedinbuildings2.冷弯薄壁型钢的截面(jiémiàn)型式(SectionsofCold-FormedSteel)3共四十页3.冷弯薄壁型钢截面特性(CharacteresticsofCold-FormedSteel)

冷弯型钢构件用相对较少材料承受较大(jiàodà)的外载，不是单纯用增大截面面积，而是通过改变截面形状的方法获得。称之高效截面型钢（承载示意图）承载能力比较(bǐjiào)图ComparisonofLoadCapacity

4共四十页4.冷弯薄壁型钢发展概况(DevelopmentofCold-FormedSteel)1838年沙俄为世界上第一次利用压力机生产出冷弯型钢的国家;1946年美国AISI颁布了世界上第一本冷弯型钢结构设计规范;冷弯型钢在建筑(jiànzhù)中广泛应用有50余年历史；1958年中国诞生了第一台冷弯轧机并建造冷弯型钢结构厂房;目前中国的冷弯型钢生产能力约500万吨／年，实际生产是200-300万吨／年.5共四十页5.冷弯薄壁型钢结构的应用(ApplicationsofCold-FormedSteel)应用:建筑业，汽车.农机业，机械制造业，造船业，电力工业(diànlìɡōnɡyè)，国防工业，物流仓储业及家电业等。建筑业中的应用实例：

(1)由冷弯型钢建成3层以下民用住宅建筑。6共四十页7共四十页8共四十页9共四十页10共四十页11共四十页12共四十页(2).单层工业厂房(chǎngfáng)冷弯型钢门式刚架结构13共四十页14共四十页(3)轻型门式刚架结构中的檩条、墙梁、墙柱、屋面板、墙面板及楼面组合(zǔhé)板等均由冷弯型钢作成。15共四十页(4)冷弯型钢农村(nóngcūn)建筑16共四十页17共四十页(5)仓储(cāngchǔ)建筑中的冷成型钢货架结构18共四十页(6)公路(gōnglù)护栏、挡土墙板、钢板桩等19共四十页(7)冷弯型钢涵管(hánguǎn)、隧道涵洞等20共四十页21共四十页二、冷弯型钢结构(jiégòu)特性与热轧型钢结构(jiégòu)的性能主要差别

TheMainBehaviorDifferencesBetweenCold-Formed

Steel

&Hot-rolledSteelStructures

1.钢结构按型钢轧制方式(fāngshì)分:

热轧型钢结构，又称普钢结构、重钢结构。设计规范：GB50017-2003(2003年12月01日起实施);冷弯型钢结构，又称薄钢结构，属轻钢结构。设计规范：GB50018-2002(2003年01月01日起实施)。22共四十页2.冷弯型钢结构特性与热轧型钢结构的性能(xìngnéng)主要差别有人提出：冷弯、热轧都是钢构件，两本规范能否合成一本？回答是：不能。因为，二者在以下性能有很大差别。<1>由于生产方法不同(bùtónɡ)，冷弯型钢冷弯形成残余应力；热轧钢由焊接和温度变化形成残余应力。截面残余应力大小及分布完全不同(bùtónɡ)。<2>冷弯型钢截面有冷弯效应冷弯型钢截面材性冷弯后发生变化,弯角处出现冷弯效应，即强度提高,塑性降低;平板部分强度亦有提高;设计时可利用冷弯后强度提高值.23共四十页(3).冷弯型钢截面板件宽厚比大,设计(shèjì)中不限制板件宽厚比，冷弯型钢结构允许局部屈曲并利用板件屈曲后强度;

热轧型钢结构不允许出现(chūxiàn)局部屈曲，限制截面板件宽厚比;24共四十页又如:梁腹板设置(shèzhì)加劲肋:

设置横向加劲肋

设置纵向加劲肋热轧型钢构件整体屈曲之前不允许出现截面(jiémiàn)板件的局部屈曲，方法是限制板件的宽厚比或设置加劲肋等。如:轴压杆工字型翼缘和腹板宽厚比规定为:

25共四十页(4).冷弯型钢单轴对称开口(kāikǒu)截面较多,截面抗扭性能弱由于单轴对称截面一般形心与剪心不重合,若荷载不通过剪心：压杆常弯扭屈曲起控制;横向受弯构件出现扭转,产生双力矩B。26共四十页冷弯薄壁型钢(xínggāng)构件的截面由各种不同类型的板件(elements)组成板件的屈曲(qūqǔ)后承载力来源于薄膜拉力27共四十页压杆失稳模式(BucklingModesinCompressionMembers):整体屈曲模式二者基本相同，有:弯曲屈曲(FlexuralBuckling)弯扭屈曲(Torsional-FlexuralBuckling)扭转屈曲(TorsionalBuckling)

但局部(júbù)屈曲热轧钢不出现，冷弯型钢有两种局部屈曲模式即：局部屈曲(LocalBuckling)畸变屈曲(DistortionalBuckling)(5).压杆失稳模式(móshì)有不同

28共四十页局部屈曲(LocalBuckling)截面板件交角仍然(réngrán)保持不变,截面形状不变,板件交线挺直.29共四十页冷弯型钢受压构件特有一种局部屈曲称之为畸变屈曲截面除发生局部变形外,还发生形状改变;截面板件交角仍然保持不变;畸变屈曲GB50018尚无计算方法，澳大利亚(àodàlìyà)AS/NZS4600规范提供了部分截面的计算方法30共四十页截面出现哪一种局部屈曲,取决与截面形状,杆件长度和杆件支承(zhīchénɡ)条件等因素.如下图a截面由局部屈曲控制(局部屈曲为49ksi;畸变屈曲为54ksi),而下图b由畸变屈曲控制(畸变屈曲为26ksi;局部屈曲49ksi).31共四十页(6)冷弯型钢集中力作用下易出现腹板承压折曲(WebCrippling)由于冷弯截面圆弧弯角,集中力由翼缘偏心传至腹板;腹板承压折曲与截面形状和集中力作用位置等有关;腹板承压折曲承载力通常由试验确定(quèdìng),GB50018第7章公式7.1.7-1-2有具体计算方法。32共四十页(7).冷弯型钢构件连接方式与热轧型钢不同1.热轧型钢构件中主要是焊接和高强螺栓(luóshuān)连接，而冷弯型钢构件焊接少用，损坏涂锌层，焊接薄板焊接技术高。它特有焊接型式如啦叭焊和电阻点焊等。33共四十页2.螺栓连接(liánjiē)冷弯型钢有时也用，但破坏模式与热轧不同。因冷弯型钢板薄常为板件承压破坏，而不是螺栓剪切破坏。34共四十页冷弯型钢现主要采用自攻自钻螺钉连接(liánjiē)、拉铆钉、射钉连接(liánjiē)等新连接(liánjiē)方法因冷弯型钢板薄采用无螺帽的自攻自钻螺钉等，GB50018规范修订补充了自攻自钻螺钉抗拔承载力计算公式。35共四十页冷弯型钢构件之间还采用机械连接(liánjiē)(咬合、扣合)无连接(liánjiē)件连接(liánjiē):

咬合示例36共四十页扣合式示例(shìlì)GB50018对此类连接无计算方法，由实验或生产商提供承载力数据37共四十页(8)冷弯型钢壁薄，GB50018规范规定构件截面计算(jìsuàn)不计塑性发展，以边缘屈服为准则;而热轧型钢截面可考虑部分塑性发展。此外，冷弯型钢构件截面可采用线性法计算其截面特性。38共四十页(9)、冷弯型钢生产设备简单，投资少，冷轧机更换轧辊即出新产品‘产品繁多(国外己生产万余种，我国也巳生产约700余种);热轧型钢生产设备复杂，投资大，热轧机不能更动轧辊，产品单一，只生产规格的标准截面;基于以上9大不同点，冷弯型钢与热轧型钢设计规范不能合一。冷弯型钢结构(jiégòu)最大特点是：冷加工、壁薄、截面允许局部屈曲且形式多样,有其自身特殊计算方法。但二者确也有共同之处。我国近几年投产建成的几千家钢构公司,基本都装备有冷轧机。冷弯型钢在发展我国轻钢结构中起到了十分重要的作用。据国外文献统计，一幢门架式工业厂房，用于冷弯型钢耗费已超过热轧型钢;39共四十页内容(nèiróng)总结冷弯薄壁型钢结