波紋腹板H 型鋼和普通H 型鋼壓彎計算中的不同分析

■于大程，張惠武，張 哲 ■鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院，河南 鄭州 450001

普通H 型鋼分為軋制H 型鋼和焊接H 型鋼，而軋制H 型鋼受到軋制條件的限制，腹板的高厚比都較小;而焊接H 型鋼梁，為了保證屈服前不發(fā)生屈曲，腹板高厚比不能過大，并需要通過設(shè)加勁肋等措施來增強(qiáng)腹板的穩(wěn)定性，這些因素都造成普通型鋼的腹板用鋼量較大。波紋腹板H 型鋼是一種腹板用波紋鋼板代替平腹板的H 型鋼，可以在厚度較小(1～3mm)的情況下，不使用加勁肋就能夠具有較高的平面外剛度和剪切屈曲強(qiáng)度。波紋腹板H 型鋼的腹板用鋼量一般占到整個構(gòu)件的25%左右，最低甚至低至4%，而腹板高厚比可以達(dá)到600。所以，波紋腹板H 型鋼具有良好的受力性能及優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)用前景比較可觀。下面以上下翼緣對稱的波紋腹板H 型鋼和普通H 型鋼壓彎構(gòu)件為例，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50017—2003)和《波紋腹板鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(CECS291—2011)所給出的公式進(jìn)行分析比較。

1 壓彎構(gòu)件強(qiáng)度計算

在彎矩作用平面內(nèi)，波紋腹板和平腹板H 型鋼的強(qiáng)度計算公式是一致的:

但對波紋腹板H 型鋼截面繞強(qiáng)軸和弱軸的塑性發(fā)展系數(shù)γx，γy可以分別取為1.0 和1.2，而普通的H 型鋼當(dāng)受壓翼緣的自由外伸寬度與厚度之比超過的塑性發(fā)展系數(shù)γx，γy取為1.05 和1.2，對強(qiáng)軸而言波形腹板H 型鋼的塑性發(fā)展系數(shù)有所降低，也就是說不考慮截面部分塑性發(fā)展，計算時應(yīng)當(dāng)注意。而普通H 型鋼梁當(dāng)受壓翼緣的自由外伸寬度與厚度之比大于而不超過時和波紋腹板H 型鋼梁強(qiáng)軸的塑性發(fā)展系數(shù)相等都是1.0。

2 壓彎構(gòu)件彎矩作用平面內(nèi)整體穩(wěn)定計算

其中是彎矩作用平面內(nèi)對受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)，按照換算長細(xì)比確定，也就是說需要考慮腹板剪切變形的影響，W1x在彎矩平面內(nèi)對受壓纖維的毛截面模量，但是由于腹板的折疊效應(yīng)，所以忽略了腹板貢獻(xiàn)。

3 壓彎構(gòu)件彎矩作用平面外整體穩(wěn)定計算

對于壓彎構(gòu)件彎矩作用平面外的整體穩(wěn)定公式都為:

但是對于波紋腹板H 型鋼W1x參數(shù)的取值是在彎矩平面內(nèi)對受壓纖維的毛截面模量，忽略了腹板貢獻(xiàn);其余參數(shù)取值方法相同。

4 壓彎構(gòu)件彎矩作用在兩個主軸平面整體穩(wěn)定計算

雙軸對稱實腹式普通H 型鋼的壓彎構(gòu)件，穩(wěn)定性按:

其中φx，φy是對強(qiáng)軸(x-x)和弱軸(y-y)的軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性系數(shù);φbx，φby均勻彎曲的受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定性系數(shù)，Wx，Wy對強(qiáng)軸和弱軸的毛截面模量;η 截面影響系數(shù);

而彎矩作用在兩個主平面內(nèi)的等截面波紋腹板壓彎構(gòu)件，其穩(wěn)定性按:

兩個式子算出，Wx，Wy對強(qiáng)軸和弱軸的毛截面模量，忽略腹板部分;對于強(qiáng)軸穩(wěn)定性計算時由于γx=1.0，計算時忽略不計;前面的系數(shù)波紋腹板H 型鋼是由對強(qiáng)軸和弱軸的軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性計算得到的，需要考慮相應(yīng)的長細(xì)比，而普通的H 型鋼前面的系數(shù)是固定值0.8，不需要考慮長細(xì)比對結(jié)構(gòu)所造成的影響。

5 結(jié)論

通過分析波紋腹板H 型鋼的壓彎計算和普通H 型鋼壓彎計算之間的的差別，對波紋腹板H 型鋼的計算相對保守?，對結(jié)構(gòu)而言安全性相對較高，并且在計算彎矩平面內(nèi)整體穩(wěn)定性時波紋腹板H 型鋼的計算需要考慮在彎矩作用平面內(nèi)的換算長細(xì)比進(jìn)行計算，計算需要考慮換算長細(xì)比對構(gòu)件的整體穩(wěn)定性在軸力作用下對整體穩(wěn)定性的影響。目前，雖然大部分在工程上應(yīng)用的都是H 型鋼或者是工字形鋼，但是波紋腹板H 型鋼良好的受力性能，良好的抗疲勞性能，優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)受到了各國研究者的充分肯定。因此在工程的應(yīng)用上，波紋腹板H 型鋼會逐漸取代普通的H 型鋼或者是工字鋼。

［1］中華人民共和國建設(shè)部.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50017-2003)［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［2］中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會.波紋腹板鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范(CECS291:2011).北京:中國計劃出版社，2011.

［3］張哲，李國強(qiáng)，孫飛飛.波紋腹板H 型鋼研究綜述［J］.建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展，2008，10(6).

［4］李國強(qiáng)，張哲，孫飛飛.波紋腹板H 型鋼抗剪承載力［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009，37(6).

［5］趙順波.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理(第二版).鄭州大學(xué)出版社，2013.