～ 图一－ｒ字形钢架截面。图 面对中性轴Ｚ的惯性矩（对于截面其值为常数）；ｂ 为工字形截面的腹板厚度；ｓ 为所求切应力所在的 水平线以下部分面积，即图中阴影部分面积，对中性 轴Ｚ的静矩。 ：＝扣 ）＋警（ ）（２） 腹板上的切应力沿截面高度也按二次抛物线规 律分布，如图二所示。 ｒ一 在中性轴Ｚ上，即ｙ＝Ｏ，切应力有最大值： 一案 ㈩ 式（３）中，ＩＺ／Ｓ＊，ｍ￣可以从型钢表中查出。在腹板 和翼缘交界处，即）Ｉ＝± ｈｉ，切应力为最小值，由于 Ｈ茸析卜切廊力的晶小值和最大信相善彳 小．曲一船 ——．】＿＆８－ 可近似地认为腹板上的切应力沿截面高度均匀分 布。计算结果表明，腹板承担了工字形截面上９５％～ ９７％的剪力。工字形截面梁翼缘部分的切应力分布 是比较复杂的，但是其上竖向切应力比腹板上的切 应力小得多，在强度计算时，通常可以不必考虑。由 此可见，工字形截面梁的腹板主要承担截面上的剪 力，翼缘则主要承担截面上的弯矩。因此，常用如下 近似公式计算腹板上切应力，即： Ｆ （４） ｎ１ｑ 式（４）中，Ｆ 为横截面上的切应力；ｈ。为腹板的 高度 为腹板的宽度。 １．２最大剪切的比较 开孔后腹板的宽度不变，腹板的高度减小值 ４２ｍｍ，因此最大剪力减小为原来的（２００－－４２） ／２００＝７９％。 １＿３试验比较 （１）截取７０ｃｍ长Ｉ２０ｂ工字钢两组，一组不开 孑Ｌ，一组在３５ｃｍ处腹板中部开４２ｍｍ圆孔。如图三 所示，分别在试件中部（３５ｅｍ处）作用集中载荷Ｆｓ， 观测工字钢的弯曲变形。建立荷载与弯曲变形的坐 标关系，如图四所示，从而确定两组试件破坏时的最 小剪力。 图三开孔后的工字钢架截面图 图四开孔与未开孔钢架载荷与弯曲变形对比图 （２）试验测得数据：未开孔工字钢极限载荷为 ２２３ＫＮ，开孔后工字钢的极限载荷为１６７ＫＮ。试验 表明，开孑Ｌ后的极限荷载为原有极限荷载的７５％。 （３）理论和试验研究表明，开孔后工字钢抗剪强 度减小约２１％￣２５％，理论与试验数据相差４％是由 于切应力近似均匀分布而不是均匀分布，且在腹板 中部开孑Ｌ后，孑Ｌ周围区域的应力急剧增加，产生应力 集中现象使工字钢更易被破坏。理论和试验的结果 都表明，开孔后对工字钢的力学性能确实有较大影 响，必须采取补强措施。 ２对补强措施的探讨与小结 监理单位可根据现场施工实际合理选择补强措 施，应选择较普遍的钢材来对开孑Ｌ工字钢补强。可 补强的措施有下列两种，分别如图五、图六所示。 图五开孔工字钢补强措施一 图六开孔工字钢补强措施二 隧道钢架开孔施工超前小导管的研究与设计 （１）在开孔处，上下内翼缘和导管上下顶面对焊 ２２螺纹钢（ＨＰＢ３３５），如图五中所示的阴影部分。 此种补强措施是将损失的抗剪强度传导到上下翼缘 板上。 （２）在开孔处四周，焊接一块１０￣１０ｃｍ的钢 板，如图六中所示的阴影部分，钢板应尽量选择厚度 较大者（５～１０ｍｍ）。此种补强措施是增大腹板厚度 来增加工字钢腹板的抗剪强度，还可以显著减少应 力集中现象。 采取上述两种补强措施后再进行研究，结果表 明与未开孔时的工字钢的抗剪性能基本相同，欢迎 广大读者提出其他更加科学合理的补强措施。 参考文献 ［１】张淑芬，徐红玉，梁斌．材料力学［Ｍ】．北京：中 国建筑工业出版社，２０１４． ［２１￣１］鸿文．材料力学（上、下册）（第四版）［Ｍ］．北 京：高等教育出版社，２０１４． ［３］ＧＢ／Ｔ ７０６—２００８．型钢表国家标准［Ｓ】． 作者简介 王刚（１９８３一），男，湖北仙桃人，助教，主要研究 方向：土木工程、隧道施工。
