冷彎薄壁型鋼受彎構(gòu)件局部屈曲性能研究.pdf

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1、42低溫建筑技術(shù)2010年第2期(總第140期)冷彎薄壁型鋼受彎構(gòu)件局部屈曲性能研究姚行友，郭彥利(1．同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院．上海200092；2．廣東海洋大學(xué)工程學(xué)院，廣東湛江524088)【摘要】采用有限條程序CUFSM對(duì)截面形式為TS40和TS61的19根550MPa高強(qiáng)冷彎薄壁型鋼帽形截面簡(jiǎn)支檁條受彎構(gòu)件局部屈曲應(yīng)力進(jìn)行分析，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值吻合較好。利用有限條程序?qū)γ毙谓孛媸軓潣?gòu)件的翼緣寬厚比、腹板翼緣寬度比、卷邊翼緣寬度比、腹板翼緣夾角等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果表明腹板翼緣寬度比是影響帽形截面簡(jiǎn)支檁條受壓翼緣局部屈曲穩(wěn)定系數(shù)的重要因素。

2、利用考慮板組相關(guān)的我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范GB50018—20o2《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》和英國(guó)冷成型薄壁構(gòu)件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(BS5950—5：1998)對(duì)帽形截面簡(jiǎn)支檁條受壓翼緣局部屈曲穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析表明：我國(guó)規(guī)范在腹板翼緣寬度比小于1．5時(shí)偏于不安全，大于1．5時(shí)偏于保守，而英國(guó)規(guī)范相對(duì)比較安全。在參數(shù)分析的基礎(chǔ)上，提出了考慮板組相關(guān)的帽形截面簡(jiǎn)支檁條受壓翼緣彈性局部屈曲穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式，建議公式可供工程設(shè)計(jì)和修訂規(guī)范參考。【關(guān)鍵詞】冷彎薄壁型鋼；帽形截面；檁條；局部屈曲；板組效應(yīng)；有限條【中圖分類號(hào)】TU392．1【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B【文章編號(hào)】100

3、1—6864(2010)02—0042—030前言32高強(qiáng)冷彎薄壁型鋼帽形截面檁條廣泛用于低層廣冷彎薄壁型鋼房屋中，這種帽形截面檁條截面比較復(fù)雜(圖1)J，且板件寬厚比較大，在外荷載作用下，受壓翼緣極易發(fā)生彈性局部屈曲。國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)此類截面目前主要有兩種方法：有效寬度法和直接強(qiáng)度法。有效寬度法是最通用有效的設(shè)計(jì)方法，但板件有效寬度計(jì)算時(shí)均按獨(dú)立的單板考慮，沒(méi)有考慮板組效應(yīng)的影響。然而，冷彎薄壁型鋼構(gòu)件是由薄板所組成的板組體系，一塊板發(fā)生屈曲，將牽制相鄰板的提前屈曲或受到相鄰板件的約束，各板件間相互作用和影響，這就是板組相關(guān)屈曲問(wèn)題。目前只有我國(guó)現(xiàn)行

4、規(guī)范GB50018—2002(冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》l_2J和英國(guó)冷成型薄壁構(gòu)件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(BS5950—5：1998)[3J考慮了板組效應(yīng)的影響。我國(guó)規(guī)范主要是基于薄板穩(wěn)定圖1試驗(yàn)截回尺寸理論計(jì)算結(jié)果并與箱形截面、卷邊槽形截面、槽形截試驗(yàn)為模擬均布荷載采用兩級(jí)分配四點(diǎn)加載，試面構(gòu)件試驗(yàn)結(jié)果擬合回歸而得到的2

5、4．5J，對(duì)于帽形截件變形和應(yīng)變由TDS一602數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)采集和記面受壓翼緣局部屈曲穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算是否適用尚待驗(yàn)錄，為了得到簡(jiǎn)支檁條受壓翼緣的局部屈曲應(yīng)力在受證。直接強(qiáng)度法計(jì)算構(gòu)件局部屈曲可考慮板組效應(yīng)壓翼緣中部的內(nèi)外側(cè)均貼有應(yīng)變片(圖

6、2)，通過(guò)內(nèi)外的影響，但需借助數(shù)值方法(有限元、有限條)，然而對(duì)側(cè)應(yīng)變的分支點(diǎn)來(lái)確定局部屈曲應(yīng)力，如圖2中4、9于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)手算法仍然是必要的。號(hào)應(yīng)變片。受壓翼緣荷載應(yīng)變典型曲線如圖3所示1試驗(yàn)概況?(TS4048一la)，其荷載應(yīng)變益線在0．98kN處亦即應(yīng)力1．1試件為204．53N／姍2出現(xiàn)拐點(diǎn)，說(shuō)明受壓翼緣局部屈曲應(yīng)試驗(yàn)所采用試件為澳大利亞生產(chǎn)的G550高強(qiáng)鍍力為204．53N／mm2，所有試件的局部屈曲應(yīng)力試驗(yàn)值鋁鋅板材，材性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)文獻(xiàn)[1]。試件截面形式及如表1所示。尺寸如圖1所示。其中TS40系列試件厚度為0．48和2數(shù)值分析0

7、．60mm兩種，長(zhǎng)度為1200、1800、2400mm，而6o系列2．1試驗(yàn)驗(yàn)證試件厚度為0．75ITlnl，長(zhǎng)度為1800、2400、3000mm。．有限條法與有限元法的原理和過(guò)程基本相同，是1．2試驗(yàn)結(jié)果目前分析冷成形鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件彈性屈曲最普遍的方法。姚行友等：冷彎薄壁型鋼受彎構(gòu)件局部屈曲性能研究43寬度、板件厚度以及翼緣腹板卷邊夾角。為此本文采用有限條程序CUFSM【5J對(duì)其幾何參數(shù)進(jìn)行數(shù)值分析，由于彈性局部屈曲應(yīng)力與屈曲穩(wěn)定系數(shù)成線性關(guān)系，后續(xù)參數(shù)分析主要分析各因素對(duì)帽形截面受壓翼緣屈曲穩(wěn)定系數(shù)的影響。分析中彈性模量取E=2．16×105N

8、，m，屈服應(yīng)力=660N／mm2。圖2應(yīng)變片布置圖4為翼緣、腹板、卷邊寬度分別為60、120、14mm，夾角為102。，厚度變化范圍為0．52mm的翼緣寬厚比～局部屈曲穩(wěn)定系數(shù)曲線。圖5為翼緣、腹板、‘、1．5铘棹’‘。／卷邊寬度分別為60、120、14mm，板件厚度為lmm，夾角9o——4號(hào)片變化范圍從90。～125。的腹板翼緣一局部屈曲穩(wěn)定系?。。9號(hào)片nn、數(shù)曲線。圖6為翼緣寬度為60mm，夾角100。，厚度—-400O——20O0020004000應(yīng)變lmm，卷邊寬度從6—60mm，腹板寬度分60和120兩種的卷邊翼緣寬度比一局部屈曲穩(wěn)定

9、系數(shù)曲線。圖7為圖3TS4048一la荷載一應(yīng)變曲線翼緣寬度為40mm，夾角102o，厚度lmm，腹板寬度從8本文采用有限條程序CUFS