Q235冷彎薄壁等邊角鋼壓桿承載力計算方法★

趙勝江 林 灝 呂 呈 孫德發(fā)

(1.嘉興學院，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?？赡軐ψ钚≈鬏S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)范中的計算方法進行理論計算與分析比對，以期尋出規(guī)律，為此類設計提供參考。

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，其長細比應該取式(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；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)。考慮截面全部有效，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，當長細比較小時，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

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