《装备制造技术｝２０１２年第７期 冷弯薄壁Ｃ型钢梁弯曲性能的试验研究 翁旭，余海波 （嘉兴学院，浙江嘉兴３１４００１） 摘要：近几年来，我国兴起了冷弯薄壁型钢结构住宅体系，冷弯薄壁型钢得到快速发展。基此，笔者采取试验、理论和 有限元模拟分析相结合的方法，对冷弯薄壁Ｃ型钢梁的弯曲性能进行分析研究，从而得出冷弯薄壁型钢结构与传统的 热轧钢相比。更具有良好经济性。 关键词：冷弯薄壁ｃ型钢；弯曲性能；试验 中图分类号：ＴＵ３９２．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２—５４５Ｘ（２０１２）０７—０２７３—０２ 近年来，我国兴起了一种新型的建筑体系—— 本次试验共采用两种构件形式：截面相同，但长 冷弯薄壁型钢结构住宅体系。这种结构体系一般适 度不同，一个１ ６００ｍｍ，一个是１ ０００ｎｌｌｎ。 用于３层或３层以下的独立住宅。冷弯薄壁型钢结 试验加载原则： 构，与传统的热轧钢材相比，冷弯薄壁型钢具有强度 （１）为了研究冷弯薄壁ｃ型梁的工作性能，主要 高、安装方便、自身净质重小、工厂化程度高以及适 测定其强度，及各荷载的挠度情况，另外还要测量控 于机械化旋工等优点。因此，比传统的热轧钢材更具 制区段的应变大小和变化，找出刚度随外荷载变化 有经济性。本文就是针对冷弯薄壁ｃ型钢梁弯曲性 的规律。 能，进行试验和理论研究。 （２）加载制度。试验采用分级加载，每级荷载为 １０％～２０％的标准荷载，在临近破坏荷载时，取５％ １ 试验部分 １．１试验方案 的标准荷载。在每级荷载下停留５ ｍｉｎ，并进行数据 记录。把确定好的加载制度换算成传感器所应显示 的应变。第一级荷载应计入构件的自重。 前期，计算（查表）截面各项参数，设计出构件的 本试验利用工程力学实验室的压力试验机进行 形状尺寸，选用截面Ｃ１００ ｌｎｌｎ ｘ ４８ Ｉｎｌｎ ｘ １５ ｎｌｌｎ× 加载。百分表测读跨中位置处的变形（第一级０．５ ｋＮ） ２．０ ｍｌｎ。其设计的构件如图１所示。 （３）测点布置。在跨中截面处布置７个测点。测 垦… ＿ 点布置如图３所示。 … 硅 Ｈ＝１００ｍｍ：Ｂ＝４８ｍｍ；ｄ＝１５ ｎｌｎｌ；ｔ＝２．０ｍｎｌ 图１ 构件截面图形 构件的加载情况如图２所示。 Ｐ｝ 茸件 Ｙ ＝＝＝＝＝＝ ０ 鳃 ……～图３ 测点布置 厶．ｉ Ｌ§煦……』 Ｌ 一．｝ １．２试验数据 通过试验数据，绘制出图４的挠度一荷载关系 曲线。 图２ 非纯弯试验 收稿日期：２０１２—０４—１６ 作者简介：翁旭（１９８９一），男，浙江建德人，本科学历，研究方向：施工技术；余海波（１９８９一），男，浙江仙居人，本科学历， 研究方向：施工技术。 ． ２７３ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｅｔｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．７，２０１２ 有限元模拟结果与试验结果的对比分析发现，前 期两者吻合很好，但由于试验条件限制，试验结果梁没 有达到破坏（主要原因是加载装置最大能加到７ ｋＮ， 实验室的百分表最大量程是３０ ｍｍ，打算在后期要重 新做下试验，改进加载方法）。而有限元的模拟图像如 Ｕ １ ２ ３ ４ 图６。 图４ 挠度一荷载关系曲线 １．３试验结果分析 对于试验构件来说，本次试验是非纯弯试验，除 了在荷载作用点附近的畸变屈曲之外，翼缘也发生 五 酃 龌 了局部屈曲，冷弯薄壁Ｃ型钢卷边对翼缘起到支撑 作用，试件的变形基本对称。１ ０００ １ＴＩ１ＴＩ长的试件比 １ ６００ ｍｍ的试件，承载力要大，变形要小。 ２ 有限元模拟（ＡＮＳＹＳ）性能研究 为了准确研究冷弯型钢的力学性能，以及各种 界面的型钢对其力学性能的影响，笔者主要针对目 前国内使用最广泛的ｃ型钢，通过有限元的分析方 法，使用软件ＡＮＳＹＳ１０．０中的ＳＨＥＬＬ１８１单元，对试 验的构件进行模拟分析。 ２．１模型说明 取长度为１．６ ｍ的梁，截面考虑Ｃ型钢，每个截 面分别考虑３种规格。为了保证截面的单位用钢量 相等，在选取截面的时候，３种截面选择详图的截面 面积。同时，每种截面的型钢选取３种同截面积、不 同高宽比的规格，用于研究同种截面型钢的力学性 能差异。具体型号见表１。 表１ 钢材具体型号表（单位：ｍｍ） ２．２边界条件 施加如图５所示边界条件：在梁的上表面中部 找出均匀分布的１２个节点，在其上跨中加载，在该 荷载作用下，梁进入塑性变形阶段；左右两端约束 、 ｙ、ｚ这３个方向的平动自由度。 、 约束１２３ 约束 １２３ 图５ 施加边界条件图 ２．３模拟结果分析 利用有限元程序ＡＮＳＹＳ１０．０考虑几何非线性和 材料非线性，并且考虑试件的初始几何缺陷，利用弧 长法对所有试验进行了荷载—位移全过程模拟。 ２７４ ２ ４ ６ ８ １０１２１４１６１８２Ｏ２２２０ ２４ ２６ 跨中竖向荷载（ｍｍ） 图６有限元模拟图像 ３本次项目试验存在的问题 本项目在试验工程中存在以下问题： （１）由于实验室没有针对钢梁受弯试验用的反 力架，这次试验采用工程力学实验室的２台压力试 验机，作为钢梁的铰结点，反力架装置可能和实际的 有出人。 （２）加载时用的是压力试验机，但试验机的最大 加载值，远小于模拟的值。 （３）本试验应该设计些不同截面尺寸的构件，由 于试验条件的限制，只能选取截面相同，而长度不同 的构件做对比分析。 ４ 结束语 本文通过对冷弯薄壁ｃ型钢梁的弯曲性能进行 试验、理论和有限元模拟分析研究，从而发现，冷弯薄 壁Ｃ型钢梁具有良好的力学性能，乐观的估计，冷弯 薄壁Ｃ型钢将形成一个很大的产业。将在以后的建筑 业中发挥巨大的作用，使得我国的建筑业可以更上一 个台阶，让我国的钢铁行业也可以领先于世界。在理论 研究、软件开发、产品生产等方面都有广阔的前景。 参考文献： 【１１张中权．］冷弯薄壁型钢轴心受压构件的稳定性【Ｊ］．建筑结 构，１９９ｌ，（２）：７２—７９． 【２何保康，李风，２］等．冷弯型钢在房屋建筑中的应用与发展叨． 焊管，２００２，２５（５）：８－１ １． 【３］姜复生，袁晓光．我国冷弯型钢生产的特点及发展【Ｊ】．钢铁， ２０００，３５（９）：７３—７７‘ （下转第２７７页１ 《装备制造技术）２０１２年第７期 ４ 结束语 综上所述，与传统的软填料密封对比，机械密封 参考文献： ［１】温晓琳．浅谈旋转设备在机械制造行业中的推广运用【Ｊ］．数 控机床改造，２０１０，３１（１６）：１６—１８． 在密封性能、使用寿命、成本造价等方面，均有明显 大学学报，２０１０，１９（３）：２２—２４． 的优势，必将成为未来进行旋转设备改造的主要方 ［３］窦少卿．机械密封运用于旋转设备的安装要点分析【Ｊ］．系统 式。为了充分发挥机械密封的作用，机修人员必须严 仿真学报，２０１０，１９（１２）：６１—６３． 格控制每一项操作步骤，确保装置运行后保持设备 ［４］吴嘉龙．机械密封装置的组合原理及使用特点［Ｊ］．机械制造 内部的气密性。此外，对于机械密封装置常见的故障 科技，２０１１，３０（１８）：３９－４０． 【２】操美萍．研究机械密封与软填料密封的优缺点【Ｊ］．苏州科技 ５】乐国雨．新时期机械制造行业技术改革的具体表现【Ｊ】．工业 问题，操作人员也要加强诊断、处理的能力，及时调 ［科技研究，２００９，２５（１０）：３３—３４． 整机械密封装置的结构状态。 Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｅａｌ ｉｎ Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ＺＨＡＮ Ｇ Ｈａｉ－ｑｕａｎ （Ｑｉｎｇｄａｏ Ｓｏｎｇ Ｌｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｌｉｍｉｔｅｄ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｊｉａｏｚｈｏｕ Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２６６３００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｇｒａｓｐ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｅａｌ ｉｎ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｅａｌ ｉｎ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｎａａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｅａｌ ｃａｎ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈａｔ ｒｏｔａｒｙ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｅｆｉｆｃｉｅｎｔ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ．Ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｅａｌ ｉｓ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｓ ａｎ ｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅ ｐａｒｔ ｏｆ，ｃａｎ ａｖｏｉｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｍｅｄｉｕｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｉｌｌ ｎｄ ａｌｅａｋａｇｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｅａｌ；ｒｏｔａｔｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ａｄｖａｎｔａｇｅｓ；ｕｓｅ （上接第２７４页） Ｔｅｓｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｂｅｎｄｉｎｇ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｎ Ｃｏｌｄ－ｆｏｒｍｅｄ Ｔｈｉｎ－ｗａｌｌｅｄ Ｃ Ｓｔｅｅｌ ＷＥＮＧ Ｘｕ，ＸＵ Ｈａｉ—ｂｏ （Ｊｉａｘｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｘｉｎｇ Ｚｈｅｊｉａｎｇ ３１４００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ ｔｈｅ ｒｉｓｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ｃｏｌｄ－ｆｏｒｍｅｄ ｔｈｉｎ—ｗａｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍ，ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｌｄ－ｆｏｒｍｅｄ ｓｔｅｅｌ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｔａｋｅｓ ａ ｔｅｓｔ，ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｈｅ ｔｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ，ｔｈｅ ｃｏｌｄ－ｆｏｒｍｅｄ ｔｈｉｎ—ｗａｌｌｅｄ Ｃ ｓｔｅｅｌ ｂｅａｍ ｂｅｎｄｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｕｓ ｏｂｔａｉｎｓ ｔｈｅ ｃｏｌｄ－ｆｏｒｍｅｄ ｔｈｉｎ－ｗａｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｓｔｕｃｔｒｕｒｅｓ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｈｏｔ ｒｏｉｌｉｎｇ ｗｈｅｎ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｓｔｅｅｌ，ｈａｓ ｇｏｏｄ ｅｃｏｎｏｍｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｌｄ－ｆｏｒｍｅｄ ｔｈｉｎ－ｗａｌｌｅｄ Ｃ ｓｔｅｅｌ；ｂｅｎｄｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｔｅｓｔ ２７７
