趙勝江 林 灝 呂 呈 孫德發(fā)

(1.嘉興學(xué)院，浙江 嘉興 314001； 2.桐鄉(xiāng)市亞都鋼業(yè)有限公司，浙江 桐鄉(xiāng) 314500； 3.嘉興學(xué)院結(jié)構(gòu)工程研究所，浙江 嘉興 314001)

Q235冷彎薄壁等邊角鋼壓桿承載力計算方法★

趙勝江1林 灝2呂 呈1孫德發(fā)3

(1.嘉興學(xué)院，浙江 嘉興 314001； 2.桐鄉(xiāng)市亞都鋼業(yè)有限公司，浙江 桐鄉(xiāng) 314500； 3.嘉興學(xué)院結(jié)構(gòu)工程研究所，浙江 嘉興 314001)

在分析比較GB50018—2002冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范條文規(guī)定的基礎(chǔ)上，結(jié)合試驗結(jié)果，對Q235冷彎薄壁等邊角鋼壓桿承載力計算方法進(jìn)行了較深入的探討和分析比對，研究結(jié)果顯示：采用有效寬度法的國內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范GB50018—2002可以有效地預(yù)測Q235冷彎薄壁等邊角鋼壓桿的穩(wěn)定承載力，與試驗結(jié)果吻合良好且偏于安全。

冷彎薄壁型鋼，等邊角鋼，壓桿，有效寬度法，極限承載力

冷彎薄壁型鋼作為一種可重復(fù)利用的環(huán)保型建筑材料，已經(jīng)被大量使用在輕型鋼結(jié)構(gòu)體系中，如低層住宅、工業(yè)廠房、鋼模板、腳手架、橋梁結(jié)構(gòu)、輸電線塔等。冷彎型鋼構(gòu)件用相對較少材料承受較大的外載，不是單純的增大截面面積，而是通過改變截面形狀的方法獲得。角鋼截面廣泛應(yīng)用于塔架結(jié)構(gòu)、格構(gòu)柱、桁架結(jié)構(gòu)及支撐結(jié)構(gòu)等。

冷彎薄壁等邊角鋼截面屬于單軸對稱開口截面，壓桿失穩(wěn)有整體屈曲和局部屈曲兩種模式。可能對最小主軸彎曲屈曲，也可能對對稱軸彎扭屈曲；可能局部屈曲，也可能畸變屈曲；還可能發(fā)生既有整體屈曲又有局部屈曲。從GB 50018—2002冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范[1]第5.2.3條規(guī)定可以看出，計算截面全部有效的不卷邊的等邊單角鋼軸心受壓構(gòu)件，只考慮了彎曲屈曲，并沒有考慮彎扭屈曲和局部屈曲等形式。如果計算截面不是全部有效怎么辦，究竟哪種失穩(wěn)模式起控制作用，目前還無法找到合適的解釋。針對上述問題，本文將在L30×2.0截面Q235冷彎薄壁等邊角鋼壓桿承載力試驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合GB 50018—2002冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范中的計算方法進(jìn)行理論計算與分析比對，以期尋出規(guī)律，為此類設(shè)計提供參考。

1 試驗

冷彎薄壁等邊角鋼截面尺寸為L30×2.0，壓桿試件長度分別為300 mm，500 mm和1 000 mm。截面特性見表1，符號定義見圖1。試件加載裝置[2]和試件布置示意圖見圖2。試件試驗承載力見表2。試件材料為Q235，理論計算取fy=235 N/mm2，f=205 N/mm2，E=206 000 N/mm2。

表1 截面特性

表2 試件試驗承載力

2 理論計算

2.1 按GB 50018—2002第5.2.3條的規(guī)定

考慮彎曲屈曲，假定截面全部有效，計算Q235冷彎薄壁等邊角鋼壓桿穩(wěn)定系數(shù)時，其長細(xì)比取下式算得的較大值:

(1)

(2)

其中，λx，λy分別為構(gòu)件對截面主軸x軸和y軸的長細(xì)比；lox，loy分別為構(gòu)件在垂直于截面主軸x軸和y軸的平面內(nèi)的計算長度；ix，iy分別為構(gòu)件毛截面對其主軸x軸和y軸的回轉(zhuǎn)半徑。

2.2 按GB 50018—2002第5.2.4條的規(guī)定

考慮彎扭屈曲，按照單軸對稱開口截面來計算Q235冷彎薄壁等邊角鋼壓桿穩(wěn)定系數(shù)時，其長細(xì)比應(yīng)該取式(2)和下式算得的較大值:

(3)

(4)

(5)

其中,λw為彎扭屈曲的換算長細(xì)比；Iw為毛截面扇形慣性矩；It為毛截面抗扭慣性矩；e0為毛截面的彎心在對稱軸上的坐標(biāo)；lw為扭轉(zhuǎn)屈曲的計算長度，lw=β·l，l為無綴板時，取構(gòu)件的幾何長度，有綴板時，取兩相鄰綴板中心線的最大距離；α，β均為約束系數(shù)?？紤]截面全部有效，不同整體屈曲模式下的冷彎薄壁等邊角鋼壓桿的穩(wěn)定承載力N=φAf，見表3。

2.3 按GB 50018—2002第5.6條的規(guī)定

對于非加勁板件，有效寬度按下式計算:

(6)

(7)

(8)

考慮整體—局部屈曲相關(guān)性(有效截面問題)下的冷彎薄壁等邊角鋼壓桿的穩(wěn)定承載力N=φAef，見表4。

表4 試件穩(wěn)定承載力(二)

3 比較分析

按GB 50018—2002冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范不同條文規(guī)定計算的兩端簡支冷彎薄壁等邊角鋼壓桿(L30×2.0)極限承載力與試驗結(jié)果比較見圖3。其中N為考慮整體—局部屈曲相關(guān)性(有效截面問題)下的冷彎薄壁等邊角鋼壓桿的穩(wěn)定承載力；Nx為考慮截面全部有效，對x軸彎曲屈曲模式下的冷彎薄壁等邊角鋼壓桿的穩(wěn)定承載力；Ny為考慮截面全部有效，對y軸彎曲屈曲模式下的冷彎薄壁等邊角鋼壓桿的穩(wěn)定承載力；Nw為考慮截面全部有效，對x軸彎扭屈曲模式下的冷彎薄壁等邊角鋼壓桿的穩(wěn)定承載力；Nt為冷彎薄壁等邊角鋼壓桿的試驗承載力。從圖3來看，對于兩端簡支的試件，只有考慮整體—局部屈曲相關(guān)性(有效截面問題)下的冷彎薄壁等邊角鋼壓桿的穩(wěn)定承載力N小于試驗承載力Nt，說明此計算方法是安全的?？紤]截面全部有效，當(dāng)長細(xì)比較小時，彎扭屈曲承載力Nw小于彎曲屈曲承載力Ny，說明按GB 50018—2002第5.2.3條的規(guī)定計算將會導(dǎo)致不安全。綜上所述，對Q235冷彎薄壁等邊角鋼軸壓桿承載力計算既要考慮有效截面，又要考慮彎扭屈曲。

4 結(jié)語

結(jié)果表明：采用GB 50018—2002冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范中的有效寬度法可以有效地預(yù)測Q235冷彎薄壁等邊角鋼壓桿的穩(wěn)定承載力，與試驗結(jié)果吻合良好且偏于安全。

[1] GB 50018—2002，冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 周鵬杰，冷 光，孫德發(fā).冷彎薄壁卷邊槽鋼軸壓柱承載力的計算方法[J].山西建筑，2011，37(6)：25-27.

Calculation method for load-carrying capacity of Q235 cold-formed thin-wall equal angle members under axial compression★

Zhao Shengjiang1Lin Hao2Lv Cheng1Sun Defa3

(1.JiaxingCollege,Jiaxing314001,China; 2.TongxiangYaduSteelIndustryCo.,Ltd,Tongxiang314500,China; 3.InstituteofStructuralEngineering,JiaxingCollege,Jiaxing314001,China)

Based on the contrast analysis ofTechnicalCodeofCold-FormedThin-WallSteelStructure(GB 50018—2002)， analysis and discussion are mentioned about the ultimate load-carrying capacities of Q235 cold-formed thin-wall equal angle members under axial compression combined with the test results. The results showed that， it is valid and relative safety for prediction the ultimate load-carrying capacities of Q235 cold-formed thin-wall equal angle members under axial compression according to the effective width method for technical code of cold-formed thin-wall steel structure(GB 50018—2002).

cold-formed steel, equal angle steel, axial compression member, effective width method, ultimate load

2015-06-04★：嘉興學(xué)院重點SRT項目(項目編號：851714030)

趙勝江(1993- )，男，在讀本科生； 林 灝(1984- )，男，助理工程師； 呂 呈(1993- )，男，在讀本科生； 孫德發(fā)(1969- )，男，副教授

1009-6825(2015)23-0023-02

TU392.1

A