冷彎薄壁槽鋼軸壓柱承載力的計(jì)算方法探討

摘 要：對(duì)冷彎薄壁槽鋼軸壓柱分別用中國(guó)規(guī)范（GB50018-2002）中的有效寬度法（EWM）和美國(guó)規(guī)范（AISI S100-2007）中的直接強(qiáng)度法（DSM）進(jìn)行了穩(wěn)定承載力計(jì)算，并與試驗(yàn)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：有效寬度法和直接強(qiáng)度法均可有效預(yù)測(cè)冷彎薄壁槽鋼軸壓柱穩(wěn)定承載力，GB50018-2002中的有效寬度法計(jì)算結(jié)果偏于安全。

關(guān)鍵詞：冷彎薄壁槽鋼 軸壓柱 有效寬度法 直接強(qiáng)度法 穩(wěn)定承載力

中圖分類號(hào)：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）04（a）-00-02

冷彎薄壁型鋼作為一種高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保型建筑材料，具有力學(xué)性能良好、截面形狀合理、鋼材利用率高等一些特點(diǎn)，隨著我國(guó)鋼產(chǎn)量的不斷增加，以及國(guó)家對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)的大力扶持，冷彎薄壁型鋼住宅體系在國(guó)內(nèi)蓬勃的發(fā)展，在建筑行業(yè)尤其是輕鋼房屋建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用。冷彎薄壁卷邊槽鋼是冷彎薄壁型鋼住宅中的常用構(gòu)件之一，由于受初始缺陷、長(zhǎng)細(xì)比、材料特性等諸多因素影響，使得冷彎薄壁卷邊槽鋼受壓構(gòu)件的極限承載力理論計(jì)算比較復(fù)雜，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要采用試驗(yàn)和有限元方法對(duì)其進(jìn)行

研究[1-3]，但也提出來化簡(jiǎn)實(shí)用方法。簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法中，有效寬度法被廣泛應(yīng)用，己成為各國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)[4]。但是，由于有效寬度是截面應(yīng)力分布的函數(shù)，而應(yīng)力分布又與截面幾何特征有關(guān)，使得有效寬度設(shè)計(jì)方法實(shí)際上是一個(gè)迭代過程，工程設(shè)計(jì)者對(duì)迭代方法難以接受。近年來，美國(guó)Schafer和Pekoz[5]提出了直接強(qiáng)度法，與有效寬度法相比，直接強(qiáng)度法是全截面采用有效應(yīng)力設(shè)計(jì)板件，且考慮板件局部屈曲、畸變屈曲和整體屈曲相關(guān)影響。目前，該方法已經(jīng)被大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)所證實(shí)，并已被列入北美規(guī)范NAS 2004[6]中，大有取代有效寬度法的趨勢(shì)[7]。但直接強(qiáng)度法需要依賴有限條或有限元程序計(jì)算構(gòu)件全截面的局部屈曲和畸變屈曲臨界應(yīng)力，目前沒有簡(jiǎn)單的解析方法。該文對(duì)冷彎薄壁槽鋼軸壓柱分別用中國(guó)規(guī)范（GB50018-2002）[8]中的有效寬度法（EWM）和美國(guó)規(guī)范（AISI S100-2007）[9]中的直接強(qiáng)度法（DSM）進(jìn)行了穩(wěn)定承載力計(jì)算，并與試驗(yàn)進(jìn)行了比較與分析。

1 試驗(yàn)概況

試件材料為Q235，fy=235 N/mm2，E=206000 N/mm2，μ=0.3。截面為C100×100×t（t=0.5、1.0、1.5、2.0、2.5和3.0 mm），長(zhǎng)度為1000 mm，每組測(cè)試三個(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，試件加載裝置見圖1，試件試驗(yàn)承載力見表1。

2 各國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定

2.1 中國(guó)規(guī)范（GB50018-2002）的規(guī)定

3 計(jì)算結(jié)果分析

對(duì)于試件來說，美國(guó)規(guī)范（AISI S100-2007）中的直接強(qiáng)度法（DSM）和中國(guó)規(guī)范（GB50018-2002）中的有效寬度法（EWM）所得的結(jié)果與試驗(yàn)，都能夠有效地預(yù)測(cè)冷彎薄壁槽鋼軸壓柱的承載力。直接強(qiáng)度法（DSM）與試驗(yàn)值擬合程度比有效寬度法要好些，說明有效寬度法的計(jì)算結(jié)果較為保守。兩個(gè)規(guī)范下穩(wěn)定承載力計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值對(duì)比見圖2。

4 結(jié)語

結(jié)果表明：冷彎薄壁槽鋼軸壓柱穩(wěn)定承載力可用有效寬度法和直接強(qiáng)度法預(yù)測(cè)，GB50018-2002中的有效寬度法計(jì)算結(jié)果偏于安全。

參考文獻(xiàn)

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[3]王春剛，張耀春，張壯南.冷彎薄壁斜卷邊槽鋼受壓構(gòu)件的承載力試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2006，27（3）：1-9.

[4]Yu W W.Cold-formed steel design[M].3rd Ed.New York：John WileySons，Inc.，2000.

[5]Schafer B，Pekoz T.Laterally braced cold formed steel flexural members with edge stiffened elements[J].Journal of Structural Engineering，1999，125（2）：118-127.

[6]NAS 2004 Design of cold-formed steel structural members using the direct strength method：Appendix 1[S].

[7]Gregory J H，Thomas M M，Duane S E.Cold-formed steel structures to the AISI specification[M].New York：Marcel Dekker，Inc.，2001.

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

[9]AISI S100-2007.North American speci?cation for the design of cold-formed steel members[S].