[发明专利]一种腹板开孔的高强钢冷弯薄壁C形截面构件设计方法

权利要求书

1.一种腹板开孔的高强钢冷弯薄壁C形截面构件设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤一：假设总长度为l的高强钢冷弯薄壁C形截面构件的腹板未开孔，并且假设该构件受到设计值为N_mx的轴向压力作用，根据工程设计经验初步设计其截面腹板高H、翼缘宽B、卷边宽C，壁厚t，针对初步设计的截面，按照GB50018《冷弯薄壁型钢结构技术规范》采用有效宽度法分别计算所述构件的强度破坏极限承载力N_q、整体稳定极限承载力N_w；按照JGJ227《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》采用直接强度法计算畸变屈曲承载力N_nd、畸变与整体相关屈曲承载力N_nl；取N_q、N_w、N_nd、N_nl四个值中的最小值作为腹板未开孔的高强钢冷弯薄壁C形截面构件在轴向压力作用下的轴压承载力N_nh；

步骤二：由所述步骤一设计得到的腹板高H、翼缘宽B、卷边宽C的高强钢冷弯薄壁C形截面构件，在其腹板上开设圆孔或者长圆孔，其中开孔数目为n、开孔直径为D、孔长为L_h；并引入开孔率D/H来衡量开孔直径对腹板开孔的高强钢冷弯薄壁C形截面构件的轴压承载力的影响，引入孔长率L_h/l来衡量开孔孔长对腹板开孔的高强钢冷弯薄壁C形截面构件的轴压承载力的影响，得到腹板开孔的高强钢冷弯薄壁C形截面构件在轴向压力作用下的轴压承载力折减系数r_c，则腹板开孔的高强钢冷弯薄壁C形截面构件的轴压承载力N_u为：

N_u＝0.97r_c×N_nh；

其中，0.97为安全系数；

步骤三：验算由所述步骤二计算得到的轴压承载力N_u是否超过腹板开孔高强钢冷弯薄壁C形截面构件的轴向压力设计值N_mx；

所述步骤二中，选取腹板开孔的高强钢冷弯薄壁C形截面构件进行加载试验及非线性有限元计算，得到腹板开孔的构件与腹板未开孔的相同构件的轴压承载力的比值，该比值为考虑腹板开孔影响的高强钢冷弯薄壁C形截面构件的轴压承载力折减系数r_c的真实值；影响该比值的参数有：构件开孔率D/H、孔长率L_h/l和开孔数目n，将这三个参数作为变量，依据试验和有限元计算得到的r_c真实值，对腹板开孔的构件与腹板未开孔的相同构件的轴压承载力的比值基于最小二乘法进行数值拟合，得到可供工程设计使用的腹板开孔的高强钢冷弯薄壁C形截面构件的轴压承载力折减系数r_c计算公式如下：

若实际工程中需要在腹板开多个孔以满足工程需求，为避免开孔集中而导致构件的腹板削弱过大从而轴向承载力的折减过于严重，需保证相邻开孔的间距不小于300mm。

2.根据权利要求1所述的一种腹板开孔的高强钢冷弯薄壁C形截面构件设计方法，其特征在于，所述步骤三中，若0.7N_u≤N_mx≤N_u，则表明所述腹板开孔的高强钢冷弯薄壁C形截面构件的轴压承载力N_u满足设计要求，且截面设计经济合理，设计完成。

3.根据权利要求1所述的一种腹板开孔的高强钢冷弯薄壁C形截面构件设计方法，其特征在于，所述步骤三中，若N_mx＜0.7N_u，则表明所述腹板开孔的高强钢冷弯薄壁C形截面构件的截面设计使其轴压承载力N_u过大，不够经济，则重新设计所述高强钢冷弯薄壁C形截面构件以减小C形截面，并按照所述步骤一至所述步骤三重新进行验算直至满足0.7N_u≤N_mx≤N_u。