鋼鋁組合截面桿件的設(shè)計(jì)計(jì)算

鋼鋁組合截面桿件的設(shè)計(jì)計(jì)算摘要鋼鋁組合截面是工程中經(jīng)常應(yīng)用的一種截面形式。本文對(duì)鋼鋁組合截面的截面特性計(jì)算以及截面驗(yàn)算進(jìn)行簡(jiǎn)略的介紹。關(guān)鍵詞鋼鋁組合截面，鋼鋁疊合截面一．引言在幕墻支承結(jié)構(gòu)和鋁合金門窗骨架設(shè)計(jì)中，為了節(jié)省鋁合金用量、降低成本，往往采用鋼、鋁組合截面的桿件，外露部分采用鋁合金型材，隱蔽部分亦即主要受力部分采用鋼型材，這樣，即達(dá)到了外表美觀靚麗、截面小巧而承載能力高、造價(jià)又低廉的目的。另外，在幕墻加固工程中，鋼鋁組合截面也時(shí)有應(yīng)用。鋼、鋁組合截面的形式，一般常用的不外乎如圖1所示的兩種。其中a所示的是將鋼型材川入鋁合金型材的腔內(nèi)；而b所示是鋼、鋁合金型材并列，二者截面一般有一個(gè)共同的對(duì)稱軸。對(duì)于這兩種截面形式，視鋼、鋁型材的組合方式，又可分為疊合式和組合式兩種。所謂疊合式，即鋼、鋁型材之間不加連接，僅僅從構(gòu)造上能保證二者同時(shí)受力即可；而組合式和疊合式不同，它是在鋼、鋁型材之間用物理的或化學(xué)的方法將二者緊密相連的組合形式。由于這兩種截面的組合方式不同，所以在受力后的表現(xiàn)也不同，設(shè)計(jì)計(jì)算方法也完全不同，下面分別予以介紹。圖1二．疊合式截面桿件的設(shè)計(jì)如圖2所示疊合式截面桿，當(dāng)其在橫向力作用下受彎時(shí)，桿件將發(fā)生彎曲變形。由于鋼、鋁型材之間不加連接，因此，在二者接觸面間無(wú)任何約束（忽略摩擦），當(dāng)桿件發(fā)生彎曲變形時(shí)，在接觸面間，二者會(huì)產(chǎn)生相互錯(cuò)動(dòng)，受荷前在同一豎向截面內(nèi)的abcd亦不在同一截面了，可見，此時(shí)的受彎桿件，已不符合“平截面的假定”條件，因此，二者已不能按一體進(jìn)行計(jì)算了?？紤]到鋼、鋁型材受荷后，截面未脫開，二者有著共同的邊界約束條件，在正常受力情況下，變形在彈性范圍內(nèi)，因此二者各自沿自身截面中和軸產(chǎn)生撓曲，且，二者產(chǎn)生的撓度相等。所以：=亦即，二者分配的荷載與其剛度成正比，于是有：ql=；qg=若以內(nèi)力的形式來(lái)表達(dá)，亦可寫成如下的形式：質(zhì)狀M顆l線=異；鋼M殿g峽=昆慰鉛鳴N塵l斧=貞；統(tǒng)N身g轟=宗其中悅：蹄M飲，進(jìn)N----銀-俯總彎矩，總軸轟力藍(lán)遍漏讓綿極釣圖孤2棄M贊l謎，摸N憶l鄉(xiāng)----剖-楚鋁合金型材分葵配的彎矩，軸凳力僑M干g丙，伐N墨g棕----楚-高鋼型材分配的投彎矩，軸力戒A稍l編，胳A示g祝----吵-麥鋁合金型材截黑面面積，鋼型欣材截面面積偵據(jù)此即可對(duì)疊立合式截面桿件世進(jìn)行設(shè)計(jì)了。奸三．組合式截吊面桿件的設(shè)計(jì)圓：拉當(dāng)在鋁合金型樓材和鋼型材接丈合面處設(shè)置抗性剪連接件，以尚約束在桿件受嗓力變形時(shí)發(fā)生暢沿接合面的相樣互錯(cuò)動(dòng)，則二移者相當(dāng)于一體匹一樣。如圖隔3,次嫁當(dāng)其在橫向力誤作用下受彎時(shí)化，桿件將發(fā)生巡彎曲變形，受狐荷前在同一豎恥向截面內(nèi)的責(zé)abcd濁，彎曲后截面章雖然隨之發(fā)生積偏轉(zhuǎn)，但仍然辛保持在同一平曬面內(nèi)?？梢?，島此時(shí)的受彎桿灰件，符姥合宰“絞平截面的假躁定壽”偶條件，因此，裝二者已不是分廚別沿自身截面蟻中和軸產(chǎn)生撓餅曲，而是沿統(tǒng)委一的中和軸產(chǎn)逗生撓曲了，故偶，應(yīng)該按組合辛截面進(jìn)行計(jì)算哨。鵲1童.屆組合截面幾何建參數(shù)的計(jì)算：觸由于鋁合金型新材和鋼型材的愿物理力學(xué)性能隱不同，因此二停者的組合不能鉤是二者截面幾記何圖形的簡(jiǎn)單青的組合，而必泛須考慮二者彈視性模量的不同轎。如圖楚4棵所示截面，鋁能合金型材和鋼妖型材有一共同邀的形心忘軸沖愚y料，錫則組合截面的膏形心必在此軸顯上。設(shè)鋁合金血型材的截面積陽(yáng)為至A顏l0古，對(duì)自身形心砌軸的慣性矩濟(jì)為勢(shì)I聯(lián)lx0童、辣浪因沃圖餓3肯I捷ly0影；鋼型材的截葛面積室為變A兔g0竄，對(duì)自身形心貢軸的慣性矩拒為摔I泛gx0老、齊I晚gy0術(shù)。鋁合金型材虜和鋼型材彈性蹄模量之比為吵障充毅歲α燃E裙=紛垮(建1).蝦稼組合截面面積嗎:莫當(dāng)按鋼、鋁分呀別換算時(shí)：范揉A新g區(qū)=禍A粉g0鹽+綢α刃E擺A匯l0?。环鵄啟l疊=什漿(尚2).稀組合截面形心較座標(biāo)：設(shè)其座惹標(biāo)為敞(奏x招0器,y裹0喂)腥，已肢知腔誓勻鉛油圖升洗4僑x果0蜂=0,姑現(xiàn)求拍y莫0扮。設(shè)鋼、鋁截猾面形心距為查h郵0技，則組合截面朱形心至鋁截面咳形心的距離：撒當(dāng)按鋼、鋁分脆別換算時(shí)：旨誼y摘g靜0史=機(jī)；煉y病l互0命=抓(延3輸).蔥組合截面慣性撥矩菊:錯(cuò)邁當(dāng)按鋼、鋁分宣別換算時(shí)：擊里I夢(mèng)g芹x剛=任；闊I所gy騙=聲閑蝶混沸I矩lx聾=曉；熱I蜘ly厘=局(鈔4).鄙組合截面抵抗姨矩珠:蔥束設(shè)鋁合金截面答最外緣至組合宴截面形心軸的坐距離為茶h喘l腹，鋼截面最外厭緣至組合截面挨形心軸的距離布為憲h盯g撿，則截面抵抗眉矩：竄當(dāng)按鋼、鋁分春別換算時(shí)：乖愧W警gx這=監(jiān)；梁W薦lx謝=四同理可汽求邪W島gy翅規(guī)、精W歡ly地。稱(括5).鑄甩組合截面回轉(zhuǎn)都半徑：住當(dāng)按鋼、鋁分盡別換算時(shí)：懶削r愚gx勤=籮；弊r敗lx綿=文同理可邪求診r胃gy噴輝、麻r崇ly雄。摘2.石組合截面的驗(yàn)榨算：在已知內(nèi)滋力和求得組合峽截面幾何參數(shù)告后，便可按一勞般截面的驗(yàn)算劑方法一樣對(duì)組逢合截面進(jìn)行驗(yàn)巡算了。但，這摔里必須指出，棕對(duì)組合截面驗(yàn)坐算時(shí)，要針對(duì)降鋁合金截面部須分和鋼截面部益分分別進(jìn)行驗(yàn)保算，且，各自腳驗(yàn)算時(shí)要用換未算成各自材料坡的截面幾何參終數(shù)。凍此外，由于鋁乘合金截面部分適和鋼截面部分頃的局部壁厚可突能均較薄，因嗓此，截面的局首部穩(wěn)定應(yīng)予驗(yàn)瞞算，要分別控毫制在各自允許帳的寬厚比之內(nèi)獄。慣鋁合金截面允蹤許的寬厚比：濃截面自由挑出再部分：沃≤久15俗截面雙邊支承宗板件：悠≤皂30生鋼截面允許的辱寬厚比：休截面自由挑出聯(lián)部分：綁≤恒截面雙邊支承俊板件：環(huán)≤畢其中打：舍站為鋼材的屈服縱點(diǎn)替3.跑抗剪連接件的拒計(jì)算：設(shè)鋁合付金截面對(duì)組合敵截面形心軸的騰靜面矩塑為燕S充lx稍，組合截面按升鋁合金換算時(shí)艷的慣性矩和為慶I各lx似，鋼、鋁截面蠟間抗剪連接件怖的縱向的距離悔為陰l捏1聰,擴(kuò)騾同一截面處脹有鑼n吩個(gè)抗剪連接件準(zhǔn)，當(dāng)組合截面名桿在驗(yàn)算段的散剪力為歸V躺時(shí)，則，每個(gè)博抗剪連接件承薪受的剪力為摟［直1龍］嗽：V1=其中：蠅要求：蔽V答1建≤蕩[V橫H良]問其中：古[V帖H憐]驕------貌畝抗剪連接件的類設(shè)計(jì)承剪力伏對(duì)于沿桿件長(zhǎng)璃度剪力分布不霸等時(shí)，允許抗象剪連接件按不泊等距布置。