不规则开孔梁试验及有限元参数化分析

陈杰斌

（1.华南理工大学土木与交通学院；2.华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室）

1 引言

随着智能化建筑的发展，建筑需铺设管线越来越多，导致开孔尺寸越来越大。《钢结构设计标准规范》[1]中对开孔梁构造提出要求，但许多实际工程不能满足规范要求。为此许多学者对不满足规范的开孔梁进行研究，研究表明在梁上开孔对钢梁的性能有较大的影响[2-4]。

童乐为[3]通过对9m跨度的开孔型钢梁进行试验研究及数值分析，表明孔口附近的实腹截面应力分布受到开孔的显著影响。熊进刚等[8]对2.5m跨度超大开孔型钢梁进行试验及有限元分析，表明开洞尺寸越大，应力受影响区域越大。张涛[6]对跨度为13m的开孔钢梁进行优化加强后，使得钢梁承载力得到提升。郭家旭[7]等对20组大跨度开孔梁进行有限元分析，分析钢梁的力学性能削弱问题后，给出了洞口加强的方案。

本文针对深圳某超高层大跨度结构开巨型孔梁进行试验及有限元分析，主要研究梁上孔径大小不一的圆形及矩形开孔对钢梁刚度变化及强度的影响。

2 试验研究

本文基于深圳某超高层建筑大跨度梁进行试验及有限元研究，根据工程结构设计荷载（楼板自重3kN/m2、架空地板及吊装恒荷载1.3kN/m2以及楼面活荷载3.5kN/m2），楼面设计总荷载为7.8kN/m2，取中间跨梁进行试验验算（横向跨度为3540mm），梁上线荷载为27.62kN/m。

钢梁结构尺寸和开孔布置如图1-2所示。钢梁截面尺寸为H900×250×16×20，加强板均为16mm厚钢板，钢材型号为Q345。

图1 beam-1梁

3 试验方案

实际工程中梁上设计荷载为均布荷载，本文采用5点加载的方式模拟实际情况进行试验研究。……