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冷弯薄壁卷边槽钢普遍用于梁柱结构,随着冷弯型材材料屈服强度不断提高,冷弯型材的厚度越来越薄,一种新的控制冷弯薄壁型钢承载力的屈曲形式-畸变屈曲逐步受到重视。畸变屈曲有别于局部屈曲和整体屈曲,对于畸变屈曲现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)(以下简称GB50018)还无相应计算规定。GB50018 采用传统的有效宽度法计算局部屈曲,有效宽度法在板件宽度折减计算方面比较复杂。直接强度法(Direct Strength Method)(以下简称DSM)是一种新的冷弯薄壁型钢设计方法,DSM 采取折减构件强度的方法,不需要确定截面的有效宽度,只需按全截面特性进行计算。DSM 能用于局部屈曲和畸变屈曲的计算。弹性局部屈曲临界应力ol f、弹性畸变屈曲临界应力od f的计算是DSM的关键,目前,针对ol f、od f 较好的计算方法是通过数值法获得其近似解,其中尤以有限条法用得最多。利用DSM 可用于计算畸变屈曲的特点,解决DSM 中ol f、od f 计算不便的问题,就能有效简化相关设计工作。
为此,本文先运用有限条计算程序CUFSM 计算ol f、od f。然后通过DSM 计算局部屈曲和畸变屈曲。再利用DSM 按全截面特性计算的特点计算出卷边槽钢翼缘屈曲应力,为与GB50018 中的板组约束系数相区别,提出综合系数1D k的概念,最后利用经典的单板稳定计算公式由翼缘屈曲应力反算出1D k。
本文针对GB50018 所附冷弯薄壁卷边槽钢截面形式,按上述步骤分别计算轴压柱局部屈曲的1D k和纯弯梁畸变屈曲的1D k,在大量计算的基础上,分别拟合出冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱可靠支撑条件下考虑局部-整体相关屈曲影响截面翼缘综合系数1D k 计算公式、冷弯薄壁卷边槽钢纯弯梁考虑畸变屈曲影响截面翼缘综合系数1D k 计算公式。对于前一个计算公式考虑任意整体稳定系数,进一步拟合出任意整体稳定系数条件下的冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱考虑局部-整体相关屈曲影响截面翼缘综合系数1D k 计算公式。
按前述计算1D k 相反的步骤,通过拟合得到的1D k 计算公式反算出局部屈曲和畸变屈曲承载力。反算只利用截面几何大小和材料屈服强度,计算过程简单,相关计算结果与试验吻合较好,达到了本文目的。
本文详细分析了拟合的计算公式适用范围,并讨论了为扩大适用范围,计算公式所需进行的改进。
考虑材料抵抗系数和相关安全系数后,本文的拟合计算公式可为工程设计提供参考。本文的计算思路可作为后续工作的借鉴。