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摘要：冷弯薄壁型钢轴心受压构件通过截面形状改变来增大回转半径和截面惯性矩，从而承受较大的荷载，而不是单纯的增加截面面积，进而体现了冷弯薄壁型钢的高效性。
关键词：冷弯薄壁型钢轴心受压构件 有效截面
中图分类号：TV332文献标识码： A
1引言
冷弯型钢是指钢片、钢板或扁钢由辊压、冲压、弯折而成的各种截面形式的成品钢材。冷弯型钢是一种经济的截面轻型薄壁钢材，也称为钢制冷弯型材或冷弯型材。它是通过截面形状的改变来增大回转半径和截面惯性矩，从而承受较大的荷载，而不是单纯的增加截面面积，进而体现了冷弯薄壁型钢的高效性。用于结构构件的钢片或钢带厚度通常为0.4mm~6.4mm。
2冷弯薄壁型钢轴心受压构件承载力计算基本原理
2.1、有效宽度法的计算原理
对于冷弯薄壁型钢轴心受压构件，板件发生局部屈曲后，受压构件并未因此而破坏，而是通过应力的重分布，进而继续承受附加的荷载，这就是利用薄板屈曲后强度。
关于薄板屈曲后强度的利用问题，1910年，VoKannan提出了大变形屈曲微分方程，但因求解过程过于复杂，在设计中无法适用；1932年VoKannan，T.，sheehler，E.E.和Donnell，L.H提出了“有效宽度”的概念，此方法中，假设总荷载由假想的有效宽度上将板边应力作为均匀分布应力来承担，以代替考虑沿整个板宽度b的非均匀分布应力，把中部宽度看作完全不承担压力。根据公式（1.1）
（1）
其中，板件屈曲系数，与板件支承条件和受力状态有关；、钢材的泊松比和弹性模量；、板件宽度和厚度；材料屈曲强度，得到有效宽度比的计算公式，即
（2）
由，可以得到有效宽度与板宽度的关系式公式：
（3）
这种方法称为有效截面设计方法。所谓有效截面是指在构件整体承载能力计算中，取部分有效截面代替原构件截面以考虑截面板件出现局部屈曲对整体构件刚度削弱影响，由于板件截面的应力重分布，有效截面假定有部分有效截面承受外力，而非有效截面则不承担外力作用，构件的整体承载力计算时应取截面的有效部分计算。因此，如何确定有效截面是解决构件承载力的关键问题。
各国冷弯型钢设计规范均采用简便实用的半理论、半经验的有效宽度法计算公式，应用较多的是美国康奈尔大学G.Winier教授于二十世纪四十年代在大量试验研究的基础上提出的Winier有效宽度公式，即
（4）
式中屈服强度可由板件实际边缘最大应力代替，其它符号同上。用式(1.4)计算的板件和构件的极限强度，与试验结果比较符合，至今仍被各国冷弯型钢设计规范所采用。
我国规范GB50018-2002所采用的计算方法实质就是有效宽度法。我国规范GB50018-2002规定轴心受压构件极限承载力按计算，因此计算承载力关键是确定有效截面面积和整体稳定系数，以下分别介绍和在GB50018-2002中的计算。
（1）稳定系数的计算
对于稳定系数，规范GB50018-2002提供了相应的稳定系数表。在查表之前，必须先知道构件可能的失稳模式及其对应的构件长细比。
规范GB50018-2002对压杆弯扭屈曲的处理办法为：通过换算长细比将其转化为弯曲屈曲来计算对待，弯扭换算长细比的计算公式为：（5）
绕弱轴的弯曲长细比，其中为构件在垂直于截面主轴y轴的平面内的计算长度，为构件毛截面对其主轴y轴的回转半径。
通过上述方法计算得到及后，选择长细比时选择其中值较大的一个。
（2）有效截面面积的计算
规范GB50018-2002对有效宽度的计算如下：
当时，
当时， （6）
当时，
式中，计算系数，，当时，取；；为受压板件稳定系数，为板组约束系数；。
GB50018-2002对受压板件的板组约束系数采用下面所示的公式计算：
当时，
当时，
3、直接强度法的计算原理（DSM）
DSM是一种专门针对冷弯薄壁型钢结构的设计方法，DSM不需计算截面的几何性质和有效宽度；只需要根据毛截面特性来确定构件的各种弹性屈曲荷载，包括构件整体屈曲荷载、弹性局部屈曲荷载和弹性畸变屈曲荷载，其中整体屈曲荷载是整体弯曲屈曲、弯扭屈曲、扭转屈曲中的较小值，再根据一系列函数关系来确定构件的极限承载力。
DSM的关键在于如何获取各类弹性屈曲荷载，弹性屈曲荷载可以通过两种方法，即解析法和数值算法来求得。解析法用来求解简单形式的截面，数值法用来求解复杂形式截面。
受压构件的DSM的计算公式：
构件承受的极限承载力，其中，、、分别为整体屈曲标准轴向荷载、局部屈曲标准轴向荷载和畸变屈曲标准轴向荷载。
整体屈曲标准轴向荷载按下式计算：
， （7）
，
式中，，，是弯曲屈曲荷载、弯扭屈曲荷载和扭转屈曲荷载的较小值；是构件截面的毛截面面积；是材料的屈曲强度。
局部屈曲标准轴向荷载按下式计算：
，
， （8）
式中，，，是构件的弹性局部屈曲荷载，是构件的弹性局部屈曲临界应力。
畸变屈曲标准轴向荷载按下式计算：
，
， （9）
其中，，，是構件的弹性畸变屈曲荷载，是构件的弹性畸变屈曲临界应力。
结论
本文主要介绍了两种我国冷弯薄壁型钢轴心受压构件稳定承载力的计算方法，阐述了各种方法的计算原理及其在计算中的不同。目前，对于各板件之间的相关作用研究较少，有待于进一步相关理论分析和试验研究。
参考文献
[1]周丽红.高强冷弯薄壁型钢轴压短柱试验与理论研究[D].西安，
长安大学，2007.
[2]GB50018-2002,中华人民共和国标准《冷弯薄壁型钢结构技术
规范》[S],中国计划出版社,2002.
关键词：冷弯薄壁型钢轴心受压构件 有效截面
中图分类号：TV332文献标识码： A
1引言
冷弯型钢是指钢片、钢板或扁钢由辊压、冲压、弯折而成的各种截面形式的成品钢材。冷弯型钢是一种经济的截面轻型薄壁钢材，也称为钢制冷弯型材或冷弯型材。它是通过截面形状的改变来增大回转半径和截面惯性矩，从而承受较大的荷载，而不是单纯的增加截面面积，进而体现了冷弯薄壁型钢的高效性。用于结构构件的钢片或钢带厚度通常为0.4mm~6.4mm。
2冷弯薄壁型钢轴心受压构件承载力计算基本原理
2.1、有效宽度法的计算原理
对于冷弯薄壁型钢轴心受压构件，板件发生局部屈曲后，受压构件并未因此而破坏，而是通过应力的重分布，进而继续承受附加的荷载，这就是利用薄板屈曲后强度。
关于薄板屈曲后强度的利用问题，1910年，VoKannan提出了大变形屈曲微分方程，但因求解过程过于复杂，在设计中无法适用；1932年VoKannan，T.，sheehler，E.E.和Donnell，L.H提出了“有效宽度”的概念，此方法中，假设总荷载由假想的有效宽度上将板边应力作为均匀分布应力来承担，以代替考虑沿整个板宽度b的非均匀分布应力，把中部宽度看作完全不承担压力。根据公式（1.1）
（1）
其中，板件屈曲系数，与板件支承条件和受力状态有关；、钢材的泊松比和弹性模量；、板件宽度和厚度；材料屈曲强度，得到有效宽度比的计算公式，即
（2）
由，可以得到有效宽度与板宽度的关系式公式：
（3）
这种方法称为有效截面设计方法。所谓有效截面是指在构件整体承载能力计算中，取部分有效截面代替原构件截面以考虑截面板件出现局部屈曲对整体构件刚度削弱影响，由于板件截面的应力重分布，有效截面假定有部分有效截面承受外力，而非有效截面则不承担外力作用，构件的整体承载力计算时应取截面的有效部分计算。因此，如何确定有效截面是解决构件承载力的关键问题。
各国冷弯型钢设计规范均采用简便实用的半理论、半经验的有效宽度法计算公式，应用较多的是美国康奈尔大学G.Winier教授于二十世纪四十年代在大量试验研究的基础上提出的Winier有效宽度公式，即
（4）
式中屈服强度可由板件实际边缘最大应力代替，其它符号同上。用式(1.4)计算的板件和构件的极限强度，与试验结果比较符合，至今仍被各国冷弯型钢设计规范所采用。
我国规范GB50018-2002所采用的计算方法实质就是有效宽度法。我国规范GB50018-2002规定轴心受压构件极限承载力按计算，因此计算承载力关键是确定有效截面面积和整体稳定系数，以下分别介绍和在GB50018-2002中的计算。
（1）稳定系数的计算
对于稳定系数，规范GB50018-2002提供了相应的稳定系数表。在查表之前，必须先知道构件可能的失稳模式及其对应的构件长细比。
规范GB50018-2002对压杆弯扭屈曲的处理办法为：通过换算长细比将其转化为弯曲屈曲来计算对待，弯扭换算长细比的计算公式为：（5）
绕弱轴的弯曲长细比，其中为构件在垂直于截面主轴y轴的平面内的计算长度，为构件毛截面对其主轴y轴的回转半径。
通过上述方法计算得到及后，选择长细比时选择其中值较大的一个。
（2）有效截面面积的计算
规范GB50018-2002对有效宽度的计算如下：
当时，
当时， （6）
当时，
式中，计算系数，，当时，取；；为受压板件稳定系数，为板组约束系数；。
GB50018-2002对受压板件的板组约束系数采用下面所示的公式计算：
当时，
当时，
3、直接强度法的计算原理（DSM）
DSM是一种专门针对冷弯薄壁型钢结构的设计方法，DSM不需计算截面的几何性质和有效宽度；只需要根据毛截面特性来确定构件的各种弹性屈曲荷载，包括构件整体屈曲荷载、弹性局部屈曲荷载和弹性畸变屈曲荷载，其中整体屈曲荷载是整体弯曲屈曲、弯扭屈曲、扭转屈曲中的较小值，再根据一系列函数关系来确定构件的极限承载力。
DSM的关键在于如何获取各类弹性屈曲荷载，弹性屈曲荷载可以通过两种方法，即解析法和数值算法来求得。解析法用来求解简单形式的截面，数值法用来求解复杂形式截面。
受压构件的DSM的计算公式：
构件承受的极限承载力，其中，、、分别为整体屈曲标准轴向荷载、局部屈曲标准轴向荷载和畸变屈曲标准轴向荷载。
整体屈曲标准轴向荷载按下式计算：
， （7）
，
式中，，，是弯曲屈曲荷载、弯扭屈曲荷载和扭转屈曲荷载的较小值；是构件截面的毛截面面积；是材料的屈曲强度。
局部屈曲标准轴向荷载按下式计算：
，
， （8）
式中，，，是构件的弹性局部屈曲荷载，是构件的弹性局部屈曲临界应力。
畸变屈曲标准轴向荷载按下式计算：
，
， （9）
其中，，，是構件的弹性畸变屈曲荷载，是构件的弹性畸变屈曲临界应力。
结论
本文主要介绍了两种我国冷弯薄壁型钢轴心受压构件稳定承载力的计算方法，阐述了各种方法的计算原理及其在计算中的不同。目前，对于各板件之间的相关作用研究较少，有待于进一步相关理论分析和试验研究。
参考文献
[1]周丽红.高强冷弯薄壁型钢轴压短柱试验与理论研究[D].西安，
长安大学，2007.
[2]GB50018-2002,中华人民共和国标准《冷弯薄壁型钢结构技术
规范》[S],中国计划出版社,2002.