冷弯型钢在中国的发展历程与应用前景分析

1.1 冷弯型钢的应用与发展

我国冷弯型钢的发展始于20世纪50年代和60年代。由于板带原材料生产技术和产量的限制，建国时期发展相对落后。只能在鞍山、上海、重庆等个别地区的个别城市生产。只能满足国内市场很少的需求，需要大量进口。

20世纪80年代，国内技术突破和国家政策支持迎来了冷弯型钢发展的第一次爆发。钢铁原材料的性能由单一的高强度产品向耐火、耐腐蚀兼备的高性能产品转变。如今，我国已有1000家冷弯型钢生产单位。

生产区域也从鞍山、上海、重庆等全国各地发展到全国各地。年总产量达到1500万吨以上，占钢结构总产量的4%，基本实现自给。但从全球范围来看，还远未达到欧美等发达国家建筑用冷弯型钢产量占总产量的75%。

因此，对于我们这样的发展中国家来说，高度重视冷弯型钢生产和技术的发展显得极为重要。冷弯型钢是采用热轧或冷轧带钢，采用特定的机组，通过冲压、拉拔、弯曲等工序制成的。常见的截面类型有槽钢（C型钢）、T型钢、角钢、Z型钢等，型钢、帽型钢等。

断面高度通常为51~305mm，厚度为1~3mm。冷弯型钢不仅具有与热轧型钢相似的性能，而且还具有以下特点：冷弯型钢板具有较大的宽厚比，构件的屈曲后强度较高，各种交叉性能良好。截面形式，连接方便快捷，连接形式多样。 。

而且单位质量的截面性能优于热轧钢材，可节省原材料10%~40%，最大限度地提高钢材的利用效率；冷弯型钢采用冷成型技术，制造速度快，工艺绿色。环保，装配线添加

工艺化、工业化制造，可根据各种特殊工况成型独特截面、任意长度。

冷弯型钢绿色环保，可完全重复利用，安装拆卸方便，安装方式多样。可实现装配式施工，节省人力、物力，也响应国家绿色智能建设和“绿水青山”政策；冷弯型钢型钢还可以根据建筑、水、电、暖通等各专业的要求进行二次加工（开孔、修边等）。

方便后加工修改，可现场独立加工。结构还可进行防腐、防火处理，进一步提高了冷弯型钢的利用效率。如今，我国冷轧钢行业发展存在的主要问题包括以下几个方面：年产量比重小、使用比重低。

我国人口密度大，仍以高层建筑建设为主。在非一二线发达城市的城乡，民用住宅的建设仍以混凝土、砖墙为主。然而，欧美等发达国家的私人住宅大多主体采用冷弯型钢建造。

这导致我国冷弯型钢年产量仅为7.17亿吨，仅占建筑用钢的4%。与冷弯型钢占钢材消费总量75%的发达国家仍有差距。自主创新能力不强，缺乏优质产品。我国冷轧钢产品种类较少，大多数企业生产同一类型的产品。

竞争严重，缺乏创新和优质产品。需要对新的截面连接方法和截面类型进行深入研究，需要在理论和力学性能方面取得重大突破。地区分布不均。珠三角、长三角、环渤海湾的生产总值占全国的80%。

西部地区原材料资源充足，但缺乏加工制造企业，市场仍有待进一步开发。 （4）空间结构整体性研究较少，多为构件、节点、剖面等，仍需对空间结构进行系统研究。

1.2 研究课题的提出

针对当前冷弯型钢建筑体系在层高、平面图、梁柱连接等方面的不足，通过国内外对冷弯型钢建筑体系的研究，结合国内外冷弯型钢建筑体系的研究经验，目前研究小组提出了一种新型冷弯型钢房屋体系，它由柱和梁作为主要承重构件。

它由新型梁柱连接板和梁、柱截面结合的连接板组成。这一住房体系积极响应国家对装配式建筑的号召。其搭接灵活，截面形式和结构相对统一，有望实现产业化。具有安装简单、无现场污染、施工速度快等特点。

新型冷弯型钢建筑体系由于梁与柱通过垫板连接，可以实现柱的良好穿透。创新性地采用T型剖分型材作为结构体系中的“边柱”，十字型剖分型材作为结构体系中的“中心柱”，L型剖分型材作为结构体系中的“中心柱”。结构体系中的“角柱”。

通过设计和试验，改变柱子的参数，提高柱子的承载能力和抗震性能，从而提高房屋系统的抗震性能和承载能力，实现高层建筑的建立。框架冷弯型钢房屋系统。

1.3 国内外研究现状

1.3.1 冷弯型钢屈曲性能研究现状

以Winter、Pekoz等提出的有效宽度法基本理论为指导的计算方法已被引入美国、澳大利亚、欧洲和我国的规范中。 Schafer提出的直接强度法屈曲理论不断突破和创新。弗拉塔米科等人。 [9]通过量化两个腹板紧固件布局来研究构件端部约束。

观察了畸变屈曲和畸变相关屈曲的影响，提出了合适的设计方法，扩大了直接强度法（DSM）的应用范围。周旭红团队指出，Kwon和Hancock提出的两条设计曲线在变形相关屈曲和扭曲屈曲承载力的计算公式中并不一致。

在计算扭曲半波长和扭曲屈曲性能的试验中，基于典型截面梁的屈曲分析，提出了板材计算的强度折减法、有效宽度和厚度法以及弯曲模量折减法。该系列简化了计算公式并验证了其正确性和适用性。

姚兴友等.对比了各国规范中有效宽度法的规定，重新计算了我国规范参考文献中构件轴压状态下100根轧制型材的承载性能，说明了不同规范的安全性和保守性。使用线性程序来预测弹性屈曲应力，并获得屈曲系数的建议公式。

姚永红和吴振宇提出了冷弯C型钢翼缘旋转刚度的简化计算方法。他们发现C型钢截面的开口影响其失效模式。开孔周围发生扭曲屈曲，影响开孔短柱的承载力。其影响程度比开孔长柱大。

李元启团队根据现有规范中阻力部件系数的计算理论，计算了不同荷载组合下各基本部件的轴压承载性能，得到了可靠的指标；针对超薄壁高强冷弯型钢槽钢断面在轴向受压下进行承载力试验研究。

得出了各种试件在轴压和偏心受压下的破坏模式，得出了影响截面承载力的参数因素，并将构件承载力的计算方法与各国标准进行了比较。卢岩对双肢C型钢进行了实验、数值模拟和理论分析。

建立了螺杆分割板和冷弯型钢双肢开式分割柱绕假想轴局部屈曲、扭曲屈曲和弯曲屈曲的临界载荷解析解和极限承载力计算方法。何子奇通过单肢和双肢冷弯型钢的实验和理论分析，研究了截面屈曲的单一屈曲和耦合屈曲的力学行为。

明确了失稳的力学机理，并在此基础上分析了现行计算公式的计算理论，进行了冷弯型钢轴压承载力在相应的局部、扭曲和整体屈曲损伤下的失稳计算被提议。系数公式。

1.3.2 冷弯型钢分体柱受压性能研究现状

杜兆宇等.对C形截面和U形截面通过自攻螺钉组合而成的箱形剖分截面长柱进行轴压试验和有限元分析。结果如下：所有试件在靠近构件中部的失效位置处均表现出局部屈曲。破坏，得到的承载力计算结果与国内外规范的计算结果进行了比较。

结果是有效宽度法低于试验承载力的30%，直接强度法低于试验承载力的10%~35%。

克拉维罗等人。对冷弯型钢C型钢柱和双肢C型钢柱进行轴压试验。测试结果为绕弱轴整体屈曲破坏。

将得到的承载力计算结果与各国规范进行比较。结果是，规范对单节柱的承载力预测较为准确，但对分节柱的预测不安全。王春刚等.对卷边槽钢在不同加劲条件下的轴压性能进行了试验和模拟分析。

研究发现，腹板加劲使变形屈曲取代局部屈曲成为影响试件损伤的主要因素。对全局屈曲、扭曲屈曲和局部屈曲三种类型进行了总结和分析。周天华团队对两种不同的截面进行了测试和有限元分析，即新开口和由C形和U形截面在轴向压缩下组合而成的盒形。

明确了影响分体柱承载力的截面因素，得出试件的破坏机理和破坏形式。对比各种计算理论的计算结果，证明新断面具有“1+1>2”的分割效果；利用现有理论计算螺杆间距、螺杆排列对力学性能的影响，计算各类分体柱的承载能力。

崔耀等人基于C型和U型剖分柱。对比了我国和美国现行规范的差异，采用有限条法简化了螺栓连接部分，提出计算弹性屈曲临界应力时应考虑开放截面和封闭截面的连接部分。线分析中的最佳厚度比。

张等人。研究了组合开式截面中边筋和腹板加劲肋的作用，发现简单背靠背连接的组合工字钢与传统组合工字钢相比，具有更好的抗扭曲屈曲和变形屈曲能力。表现。李元启团队对双肢剖分开截面断面两端铰接柱进行了轴压试验和数值分析。

研究了螺钉间距对局部屈曲、扭曲屈曲和整体稳定性的影响，发现组合截面与单肢截面相比能够有效提高截面的整体屈曲和扭曲屈曲能力。缪启亮等对冷弯型钢截面柱进行试验和数值分析，对长细比对分体柱整体屈曲的破坏模式进行分类，发现长细比影响分体柱的承载能力和破坏模式。标本。

垫板间距对试件的承载能力和破坏模式影响不大。王鹏鹏对双肢热轧槽钢轴压力学性能进行了有限元分析。通过改变长细比等参数，他发现长细比在一定极限值下会改变试件的破坏模式，并提出了双肢热轧槽钢的长细比推荐值。

陆云龙通过对冷弯型钢异型管进行轴压试验和有限元分析发现，试件的长细比对异型管的承载能力和破坏模式影响很大，如背板之间的距离和冷成型效果。等对试件的刚度影响不大，建议对标准设计公式的相关参数进行修正和调整。

李建文对冷弯型钢分割截面和焊接组合截面进行了试验和有限元分析。通过对比承重结果，他发现分体节有整体效果，承重能力大于单肢简单叠加；与相同惯性矩下的分体段和组合焊接段相比，组合焊接段具有更稳定的承载能力。

乔文涛对多肢C型钢横截面进行试验和数值分析，发现多肢接头截面的破坏形式相对稳定，破坏模式为短柱、中柱、中柱、中柱等。柱、长柱都是试件中部附近的局部破坏。 。