开孔钢板拉伸试验研究★

周 超

(东莞理工学院城市学院，广东 东莞 523419)

0 引言

钢板开孔在钢结构中是一个不可避免的问题，例如螺栓孔，管道线路孔等。钢板的开孔必然会影响钢板的性能，国外学者对此进行了一定的研究，主要研究不同孔径大小，开孔位置和形状以及不同荷载作用对板屈曲和承载力的影响[1-5]。国内学者季小莲对开孔板进行试验研究，提出抗剪设计建议[6]，周超对开孔钢板建立有限元模型，分析开孔对钢板抗拉刚度的影响[7]。

本文主要通过实验研究，研究了开孔的位置、孔径大小、数量以及孔间距对板的抗拉承载力的影响。

1 试验

1.1 试件设计

试件采用矩形钢板，尺寸为200 mm×100 mm，开孔数量不同，开一个孔的钢板，孔的中心位于钢板的中心，开两个孔的钢板，两孔沿中线对称布置(见图1)，孔直径为d，间距用m表示，试件总数为12个，钢材的等级采用Q235级。由于是对钢板进行拉伸，故沿钢板长度方向各留70 mm，便于试件夹持。

1.2 试件加载及数据采集

试件在拉伸试验机上进行拉伸，钢板两端被实验机夹持牢固，如图2所示。在钢板开孔和应力较大处贴应变片，采集应力数据以判断钢材的屈服和破坏，用位移计测量钢板拉伸的长度。加载过程中，试件发生明显的破坏或者颈缩现象停止加载。

2 实验结果及讨论

2.1 孔直径大小

对开孔直径不同的钢板拉伸，得到每个钢板破坏时的荷载即作为钢板的抗拉承载力，不同开孔直径的钢板的抗拉承载力如图3所示。图3中可以看出开孔直径越大，钢板的抗拉承载力越低，钢板的力学性能越弱。

2.2 两开孔间距

钢板开两个孔，对其进行拉伸试验，得到钢板拉伸时的破坏荷载，如图4所示。图4中可以看出，随着两孔间距的变化，钢板的抗拉承载力变化不大。

2.3 开孔数量

在开孔面积相同的情况下，在钢板上分别开一个直径为40 mm的孔和两个直径为28 mm的孔，两孔的间距分为40 mm和80 mm两种情况。对上述钢板进行拉伸试验，得到开一个孔的钢板抗拉承载力为364 kN，开两个孔间距为40 mm 的钢板的承载力为442 kN，开两个孔间距为80 mm的钢板的承载力为436 kN，由此可以判定，在开孔面积相同情况下，开孔数量越多，钢板的抗拉承载力越强。

3 结语

本文对开孔钢板进行了拉伸试验，主要研究了孔径大小、开孔间距和孔径数量对钢板的抗拉性能的影响。开孔直径越大，对钢板的抗拉承载削弱越大；开孔间距在一定的范围内对钢板的抗拉性能影响较小；在开孔面积相同情况下，开孔数量多的钢板性能优于开孔数量少的钢板。

参考文献:

[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] 季小莲，刘阳军，吴耀华.平板开孔式抗剪件的受力性能研究[J].钢结构，2012，27(9):23-26.

[7] 周 超，肖红飞.开孔钢板的平面弹性抗拉刚度研究[J].钢结构，2016，31(6):23-27.