冷弯薄壁型钢受弯构件局部屈曲性能研究.pdf

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1、42低温建筑技术2010年第2期(总第140期)冷弯薄壁型钢受弯构件局部屈曲性能研究姚行友，郭彦利(1．同济大学土木工程学院．上海200092；2．广东海洋大学工程学院，广东湛江524088)【摘要】采用有限条程序CUFSM对截面形式为TS40和TS61的19根550MPa高强冷弯薄壁型钢帽形截面简支檩条受弯构件局部屈曲应力进行分析，计算结果与试验值吻合较好。利用有限条程序对帽形截面受弯构件的翼缘宽厚比、腹板翼缘宽度比、卷边翼缘宽度比、腹板翼缘夹角等参数进行计算分析，结果表明腹板翼缘宽度比是影响帽形截面简支檩条受压翼缘局部屈曲稳定系数的重要因素。

2、利用考虑板组相关的我国现行规范GB50018—20o2《冷弯薄壁型钢结构技术规范》和英国冷成型薄壁构件设计标准(BS5950—5：1998)对帽形截面简支檩条受压翼缘局部屈曲稳定系数进行计算分析表明：我国规范在腹板翼缘宽度比小于1．5时偏于不安全，大于1．5时偏于保守，而英国规范相对比较安全。在参数分析的基础上，提出了考虑板组相关的帽形截面简支檩条受压翼缘弹性局部屈曲稳定系数计算公式，建议公式可供工程设计和修订规范参考。【关键词】冷弯薄壁型钢；帽形截面；檩条；局部屈曲；板组效应；有限条【中图分类号】TU392．1【文献标识码】B【文章编号】100

3、1—6864(2010)02—0042—030前言32高强冷弯薄壁型钢帽形截面檩条广泛用于低层广冷弯薄壁型钢房屋中，这种帽形截面檩条截面比较复杂(图1)J，且板件宽厚比较大，在外荷载作用下，受压翼缘极易发生弹性局部屈曲。国内外设计此类截面目前主要有两种方法：有效宽度法和直接强度法。有效宽度法是最通用有效的设计方法，但板件有效宽度计算时均按独立的单板考虑，没有考虑板组效应的影响。然而，冷弯薄壁型钢构件是由薄板所组成的板组体系，一块板发生屈曲，将牵制相邻板的提前屈曲或受到相邻板件的约束，各板件间相互作用和影响，这就是板组相关屈曲问题。目前只有我国现行

4、规范GB50018—2002(冷弯薄壁型钢结构技术规范》l_2J和英国冷成型薄壁构件设计标准(BS5950—5：1998)[3J考虑了板组效应的影响。我国规范主要是基于薄板稳定图1试验截回尺寸理论计算结果并与箱形截面、卷边槽形截面、槽形截试验为模拟均布荷载采用两级分配四点加载，试面构件试验结果拟合回归而得到的2

5、4．5J，对于帽形截件变形和应变由TDS一602数据采集仪自动采集和记面受压翼缘局部屈曲稳定系数计算是否适用尚待验录，为了得到简支檩条受压翼缘的局部屈曲应力在受证。直接强度法计算构件局部屈曲可考虑板组效应压翼缘中部的内外侧均贴有应变片(图

6、2)，通过内外的影响，但需借助数值方法(有限元、有限条)，然而对侧应变的分支点来确定局部屈曲应力，如图2中4、9于设计者来说手算法仍然是必要的。号应变片。受压翼缘荷载应变典型曲线如图3所示1试验概况⋯(TS4048一la)，其荷载应变益线在0．98kN处亦即应力1．1试件为204．53N／姗2出现拐点，说明受压翼缘局部屈曲应试验所采用试件为澳大利亚生产的G550高强镀力为204．53N／mm2，所有试件的局部屈曲应力试验值铝锌板材，材性试验结果见文献[1]。试件截面形式及如表1所示。尺寸如图1所示。其中TS40系列试件厚度为0．48和2数值分析0

7、．60mm两种，长度为1200、1800、2400mm，而6o系列2．1试验验证试件厚度为0．75ITlnl，长度为1800、2400、3000mm。．有限条法与有限元法的原理和过程基本相同，是1．2试验结果目前分析冷成形钢结构构件弹性屈曲最普遍的方法。姚行友等：冷弯薄壁型钢受弯构件局部屈曲性能研究43宽度、板件厚度以及翼缘腹板卷边夹角。为此本文采用有限条程序CUFSM【5J对其几何参数进行数值分析，由于弹性局部屈曲应力与屈曲稳定系数成线性关系，后续参数分析主要分析各因素对帽形截面受压翼缘屈曲稳定系数的影响。分析中弹性模量取E=2．16×105N

8、，m，屈服应力=660N／mm2。图2应变片布置图4为翼缘、腹板、卷边宽度分别为60、120、14mm，夹角为102。，厚度变化范围为0．52mm的翼缘宽厚比～局部屈曲稳定系数曲线。图5为翼缘、腹板、‘、1．5铘棹’‘。／卷边宽度分别为60、120、14mm，板件厚度为lmm，夹角9o——4号片变化范围从90。～125。的腹板翼缘一局部屈曲稳定系⋯。。9号片nn、数曲线。图6为翼缘宽度为60mm，夹角100。，厚度—-400O——20O0020004000应变lmm，卷边宽度从6—60mm，腹板宽度分60和120两种的卷边翼缘宽度比一局部屈曲稳定

9、系数曲线。图7为图3TS4048一la荷载一应变曲线翼缘宽度为40mm，夹角102o，厚度lmm，腹板宽度从8本文采用有限条程序CUFS