腹板开孔钢梁三种加固方式的有限元分析

范新杰

(锦州市石油化工设计研究院，辽宁 锦州 121000)

近年来，随着经济和科学技术的蓬勃发展，人们对建筑物的使用功能需求日益增加，这就导致了需要在建筑物中布置大量的管线。为了避免由于在建筑物内布置管线而使建筑有效使用空间减小这一现象发生，结构设计师不得不采用在钢梁腹板部位开孔，从而使管线在钢梁腹板部位穿过的方法。然而，采用这种方法将导致钢梁的刚度及承载力受到削弱。因此，GB 50017—2017钢结构设计标准[1]及JGJ 99—2015高层民用建筑钢结构技术规程[2]分别提出了，对钢梁腹板开孔部位进行加固的相关规定。在实际工作中，对于这些加固措施对钢梁力学性能的影响趋势，结构设计师还尚不明确。因此，下面将利用有限元分析结果即荷载-跨中位移曲线和Mises应力云图对这一问题展开讨论。

1 有限元模型

本文采用ABAQUS 2017版单元库中的4节点有限应变壳单元S4R，对模型中所有部件进行模拟。不考虑钢梁的初始几何缺陷，钢材的弹性模量E=206×103N/mm2,钢材的屈服强度为345 N/mm2；采用结构优化网格划分技术对有限元网格进行划分，模型的网格划分尺寸为20 mm；钢材的本构关系采用理想弹塑性模型；所有模型钢梁一端的U1，U2，U3，UR方向的自由度被约束，另一端U1，U2，U3方向的自由度被约束；钢材的屈服准则采用von Mises屈服准则。

两组模型钢梁的跨度为5 400 mm，横截面均为H450×200×8×12；圆孔直径为200 mm，矩形孔的尺寸为200 mm×600 mm；圆孔和矩形孔的间距分别为500 mm和1 000 mm，满足GB 50017—2017钢结构设计标准及JGJ 99—2015高层民用建筑钢结构技术规程中的相关规定。……