残余应力对卷边槽钢局部相关屈曲的影响

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1、残余应力对卷边槽钢局部相关屈曲的影响王海忠　陈绍蕃　　摘　要　用有限条法对受压和受弯的卷边槽钢进行了弹性相关屈曲分析，在此基础上进一步分析了残余应力对卷边槽钢相关屈曲的影响，并提出了考虑残余应力时计算受压和受弯的卷边槽钢临界应力的建议公式.　　关键词　冷弯型钢；相关屈曲；残余应力　　中图分类号　TU392.1Theeffectsofresidualstressoninteractivelocalbucklingofcold-formedC-sectionsWangHaizhong　ChenShaofan(Dept.ofCons.Eng.,Xi'anUniv.ofArch

2、.&Tech.,Xi'an,710055)　　Abstract　Inthispaper,elasticinteractivebucklingstressissolvedbymakinguseofafinitestripcalculationonC-sectionmemberssubjecttoaxialcompressionorbending.Moreover,analysisoftheeffectsofresidualstressesontheinteractivebucklingofthesemembersisperformedaswell.Thenapropose

3、dformulatakingintoaccounttheeffectsofresidualstressesisgivenforthecriticalstressesofboththecompressiveandflexuralmembers.　　Keywords　cold-formedsteel,interactionbuckling,residualstresses1　冷弯型钢局部屈曲的相关性　　冷弯型钢是由较薄的钢板制成，其板件的宽厚比较大，在受压时容易发生局部屈曲。由于这类构件的板件之间存在相互约束作用，当较弱的板件在压力增加到一定程度首先趋于屈曲时，相邻较强的板

4、件会对它起支援作用，延缓其屈曲.直到荷载继续增加到某一特定值时，各板件同时屈曲.这就是板件局部屈曲的相关作用.冷弯型钢的板件局部相关屈曲时，相邻板件之间的夹角保持原来的直角，如图1所示，并且各板件的屈曲波长相同，即具有共同的节线.在构件没有明显的整体弯曲的情况下，板件转折处的棱线保持直线［1］.图1　局部屈曲的相关性　　板组弹性相关屈曲的临界应力可以由其中的一块板件屈曲的临界应力公式来表达，即：　　　　　　(1)式中　K为针对宽度为b的板件而言考虑了相关关系的屈曲系数［1］.　　公式(1)计算板件相关屈曲的临界应力是针对理想板件发生弹性屈曲的情况，未考虑缺陷的影响，而实

5、际板件存在各种缺陷，如残余应力、初弯曲等。实际临界应力将与这些缺陷有关，本文只限于讨论残余应力对板件相关屈曲的影响.2　冷弯型钢中的残余应力　　冷弯型钢是较薄的钢板或钢带经过冷弯、冷轧或模压等加工方式形成的.在加工成型过程中，截面内部会留有残余应力.与热轧型钢相比，由于加工过程不同，它们的残余应力的大小及分布也不相同.除壁厚特别大者外，一般热轧和焊接截面的残余应力属于薄膜型应力，而冷弯型钢则属于弯曲型应力.　　Weng和Pekz应用放电剥蚀技术测得了卷边槽钢截面内部残余应力的大小及分布［2］.图2所示为其中一个试件沿纵向表面上的残余应变的测量结果.图中负残余应变对应于拉

6、伸残余应力，而正残余应变对应于压缩残余应力.全部试件残余应力分布都遵循着同一模式.因而，冷弯槽钢截面残余应力的大小及分布，可以理想地简化为：(1)在槽形截面的外表面上存在拉伸残余应力，而在内表面上存在压缩残余应力；(2)残余应力沿板厚线性变化；(3)在转角处残余应力的提高可以因屈服应力的提高而被抵消，这样可忽略转角处残余应力的不同，而认为残余应力沿截面周边均匀分布；(4)假定最大拉伸和压缩残余应力的大小相等，并且保守地取为材料屈服应力的50%.图2　残余应变测量结果3　残余应力对截面屈服范围的影响　　对于受压的冷弯型钢，当作用在截面上的应力与压缩残余应力的总和达到材料屈

7、服应力时，截面开始屈服，按前面假定的残余应力的理想分布形状，则截面屈服从内表面压缩残余应力区的最高点开始，当荷载增加时屈服向外传播，使截面成为部分弹性，部分塑性，如图3所示.可以看出，板弹性部分从原来厚度t减少到弹性厚度te，如图4所示，屈服范围取决于作用应力的大小和残余应力的大小.图3　残余应力分布及弹塑性区分布图4　弹性区厚度te　　对于受拉的冷弯型钢，情况也类似，只是屈服从外表面拉伸残余应力区的最高点开始.　　按前述假定最大拉伸与压缩残余应力的大小相等，且取为材料屈服应力的50%，当作用在截面上的应力为σA(压应力或拉应力)时，可得