趙勝江 金勝強(qiáng) 姚石輝 雷張斌 金雨飛 孫德發(fā)

摘 要：在分析比較冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范（GB50018-2002）相關(guān)條文規(guī)定的基礎(chǔ)上，結(jié)合長度分別為300 mm、500 mm和1000 mm，截面尺寸為L30×2.0冷彎薄壁等邊角鋼壓桿的試驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)Q345冷彎薄壁等邊角鋼壓桿承載力計(jì)算方法進(jìn)行了較深入的探討和對(duì)比分析。結(jié)果表明：采用冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范（GB50018-2002）中的有效寬度法可以有效地預(yù)測(cè)Q345冷彎薄壁等邊角鋼壓桿的穩(wěn)定承載力，且與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。

關(guān)鍵詞：冷彎薄壁型鋼 等邊角鋼 壓桿 有效寬度法 極限承載力

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（c）-0096-02

冷彎薄壁型鋼作為一種高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保型建筑材料，具有截面形狀合理、力學(xué)性能良好、鋼材利用率高等特點(diǎn)，其已經(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。角鋼構(gòu)件是鋼結(jié)構(gòu)中的一類重要構(gòu)件，它具有易安裝和連接方便的優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于塔架結(jié)構(gòu)、格構(gòu)柱、桁架結(jié)構(gòu)及支撐等結(jié)構(gòu)。冷彎型角鋼不受截面規(guī)格的限制，截面開展形式多樣，更能適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)使用的需要。

冷彎角鋼截面屬開口薄壁構(gòu)件，在軸向壓力作用下其失穩(wěn)類型歸納有4種：（1）對(duì)最小主軸的彎曲屈曲；（2）彎扭屈曲；（3）局部屈曲；（4）彎扭-局部屈曲。

從“冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范[1]”

（GB50018-2002）第5.2.3條規(guī)定可以看出，計(jì)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(jì)算截面不是全部有效怎么辦呢？四種失穩(wěn)形式，究竟誰起控制作用呢？該文將在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范（GB50018-2002）中的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算與分析，以檢驗(yàn)我國規(guī)范的適用性。

1 試驗(yàn)概況

試件材料為Q345，截面尺寸為L30×2.0，截面特性見表1，符號(hào)定義見圖1。試件長度分別為300、500和1000 mm，每組測(cè)試3個(gè)試件。試驗(yàn)采用液壓試驗(yàn)機(jī)，試件直接置于試驗(yàn)機(jī)上下兩端板之間，基本滿足兩端約束條件[2]，試件加載裝置和試件布置示意見圖2。試件試驗(yàn)承載力見表2。理論計(jì)算取=345N/mm2，=300N/mm2，=206000N/mm2。

2 冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范（GB50018-2002）的規(guī)定

2.1 第5.2.3條的規(guī)定

計(jì)算閉口截面、雙軸對(duì)稱的開口截面和截面全部有效的不卷邊的等邊單角鋼軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)時(shí)，其長細(xì)比應(yīng)取按下列公式算得的較大值：

（1）

（2）

式中、為構(gòu)件對(duì)截面主軸x軸和y軸的長細(xì)比；、—構(gòu)件在垂直于截面主軸x軸和y軸的平面內(nèi)的計(jì)算長度；、為構(gòu)件毛截面對(duì)其主軸x軸和y軸的回轉(zhuǎn)半徑。

2.2 第5.2.4條的規(guī)定

計(jì)算單軸對(duì)稱的開口截面軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)時(shí)，其長細(xì)比應(yīng)取按公式（2）和下式算得的較大值：

（3）

（4）

（5）

式中 為彎扭屈曲的換算長細(xì)比；為毛截面扇形慣性矩；為毛截面抗扭慣性矩；為毛截面的彎心在對(duì)稱軸上的坐標(biāo)；為扭轉(zhuǎn)屈曲的計(jì)算長度，；為無綴板時(shí)，為構(gòu)件的幾何長度；有綴板時(shí)，取兩相鄰綴板中心線的最大距離；，為約束系數(shù)。

冷彎薄壁等邊角鋼壓桿，穩(wěn)定承載力，取，見表3。

2.3 第5.6條的規(guī)定

對(duì)于非加勁板件，有效寬度按下式計(jì)算：

當(dāng) （6）

當(dāng)

（7）

當(dāng) （8）

式中：為板件寬度；為板件厚度；為板件有效寬度；為計(jì)算系數(shù)，取值為1.0；為板件應(yīng)力不均勻系數(shù)，取值為1.0；為板件受壓區(qū)寬度，取值為其板寬；為計(jì)算系數(shù)，，其中，為按毛截面算出構(gòu)件最大長細(xì)比，查GB50018-2002附錄表A.1.1-2而求得的穩(wěn)定系數(shù)，為板件屈曲系數(shù)，取值為0.425；為板組約束系數(shù)，取值為1.0。

冷彎薄壁等邊角鋼壓桿，穩(wěn)定承載力，見表4。

3 計(jì)算結(jié)果分析

按冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范（GB50018-2002）不同條文規(guī)定計(jì)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(yàn)結(jié)果比較見圖3。

從圖3來看，對(duì)于兩端簡支的試件，只有采用有效截面（按有效寬度法計(jì)算）的計(jì)算結(jié)果N基本小于試驗(yàn)值Nt，說明此計(jì)算方法是合理的。

當(dāng)長細(xì)比較小時(shí)，有可能出現(xiàn)彎扭屈曲模式。因此設(shè)計(jì)時(shí)，此類構(gòu)件應(yīng)列入冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范（GB50018-2002）單軸對(duì)稱截面軸心壓桿一類進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算，即考慮構(gòu)件彎扭失穩(wěn)采用規(guī)范給出的換算長細(xì)比進(jìn)行設(shè)計(jì)。

綜上所述，現(xiàn)行冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范（GB50018-2002）將冷彎薄壁等邊單角鋼軸壓桿歸入閉口截面和雙軸對(duì)稱開口截面一類設(shè)計(jì)，只考慮了角鋼的彎曲屈曲模式破壞而沒有考慮角鋼的彎扭屈曲模式是不合適的。當(dāng)角鋼發(fā)生彎扭屈曲模式破壞時(shí)，按冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范（GB50018-2002）第5.2.3條的規(guī)定設(shè)計(jì)將不能確保角鋼軸壓桿的安全，建議規(guī)范對(duì)此應(yīng)該進(jìn)行修改，應(yīng)將冷彎角鋼軸壓桿納入單軸對(duì)稱截面，考慮彎扭屈曲一類桿件設(shè)計(jì)，同時(shí)考慮截面的有效問題。

4 結(jié)語

結(jié)果表明：采用冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范（GB50018-2002）中的有效寬度法可以有效地預(yù)測(cè)Q345冷彎薄壁等邊角鋼壓桿的穩(wěn)定承載力，與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。

參考文獻(xiàn)

[1] GB50018-2002.冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2002.

[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(jì)算方法[J].山西建筑，2011，37（6）：25-27.