開孔鋼板拉伸試驗研究★

周 超

(東莞理工學院城市學院，廣東 東莞 523419)

0 引言

鋼板開孔在鋼結構中是一個不可避免的問題，例如螺栓孔，管道線路孔等。鋼板的開孔必然會影響鋼板的性能，國外學者對此進行了一定的研究，主要研究不同孔徑大小，開孔位置和形狀以及不同荷載作用對板屈曲和承載力的影響[1-5]。國內學者季小蓮對開孔板進行試驗研究，提出抗剪設計建議[6]，周超對開孔鋼板建立有限元模型，分析開孔對鋼板抗拉剛度的影響[7]。

本文主要通過實驗研究，研究了開孔的位置、孔徑大小、數量以及孔間距對板的抗拉承載力的影響。

1 試驗

1.1 試件設計

試件采用矩形鋼板，尺寸為200 mm×100 mm，開孔數量不同，開一個孔的鋼板，孔的中心位于鋼板的中心，開兩個孔的鋼板，兩孔沿中線對稱布置(見圖1)，孔直徑為d，間距用m表示，試件總數為12個，鋼材的等級采用Q235級。由于是對鋼板進行拉伸，故沿鋼板長度方向各留70 mm，便于試件夾持。

1.2 試件加載及數據采集

試件在拉伸試驗機上進行拉伸，鋼板兩端被實驗機夾持牢固，如圖2所示。在鋼板開孔和應力較大處貼應變片，采集應力數據以判斷鋼材的屈服和破壞，用位移計測量鋼板拉伸的長度。加載過程中，試件發生明顯的破壞或者頸縮現象停止加載。

2 實驗結果及討論

2.1 孔直徑大小

對開孔直徑不同的鋼板拉伸，得到每個鋼板破壞時的荷載即作為鋼板的抗拉承載力，不同開孔直徑的鋼板的抗拉承載力如圖3所示。圖3中可以看出開孔直徑越大，鋼板的抗拉承載力越低，鋼板的力學性能越弱。

2.2 兩開孔間距

鋼板開兩個孔，對其進行拉伸試驗，得到鋼板拉伸時的破壞荷載，如圖4所示。圖4中可以看出，隨著兩孔間距的變化，鋼板的抗拉承載力變化不大。

2.3 開孔數量

在開孔面積相同的情況下，在鋼板上分別開一個直徑為40 mm的孔和兩個直徑為28 mm的孔，兩孔的間距分為40 mm和80 mm兩種情況。對上述鋼板進行拉伸試驗，得到開一個孔的鋼板抗拉承載力為364 kN，開兩個孔間距為40 mm 的鋼板的承載力為442 kN，開兩個孔間距為80 mm的鋼板的承載力為436 kN，由此可以判定，在開孔面積相同情況下，開孔數量越多，鋼板的抗拉承載力越強。

3 結語

本文對開孔鋼板進行了拉伸試驗，主要研究了孔徑大小、開孔間距和孔徑數量對鋼板的抗拉性能的影響。開孔直徑越大，對鋼板的抗拉承載削弱越大；開孔間距在一定的范圍內對鋼板的抗拉性能影響較??；在開孔面積相同情況下，開孔數量多的鋼板性能優于開孔數量少的鋼板。

參考文獻:

[1] El-Sawy KM,Nazmy AS,Mohammad IM. Elasto-plastic buckling of perforated plates under uniaxial compression[J].Thin-Walled Structures,2004(42):83-1101.

[2] Paik JK.Ultimate strength of perforated steel plates under combined biaxial compression and edge shearloads[J].Thin-Walled Structures,2008(46):207-220.

[3] Komur MA,Sonmez M.Elastic buckling of perforated plates subjected to linearly varying in-plane loading,technical note[J].Struct Eng Mech,2008,28(3):353-360.

[4] Sandeep Singh,Kamlesh Kulkarni.Buckling analysis of thin rectangular plates with cutouts subjected to partial edge compression using FEM[J].Journal of Engineering,Design and Technology,2012,10(1):128-142.

[5] M. Aydin Komur, Mustafa Sonmez.Elastic buckling behavior of rectangular plates with holes subjected to partial edge loading[J].Journal of Constructional Steel Research,2015(112):54-20.

[6] 季小蓮，劉陽軍，吳耀華.平板開孔式抗剪件的受力性能研究[J].鋼結構，2012，27(9):23-26.

[7] 周 超，肖紅飛.開孔鋼板的平面彈性抗拉剛度研究[J].鋼結構，2016，31(6):23-27.