论文部分内容阅读
冷弯薄壁型钢的研究与应用起源于二十世纪三十年代的欧美国家。由于冷弯薄壁型钢轴压构件截面薄柔、板件宽厚比大,故在外荷载作用下易于发生局部屈曲。冷弯薄壁型钢轴压构件局部屈曲临界应力或荷载是计算其局部屈曲极限承载力或局部相关屈曲极限承载力的重要参数。在以有效宽度法为计算极限承载力方法的背景下,轴压构件局部屈曲临界应力通常取用两加载边简支的矩形轴压板的屈曲临界应力,即不考虑构件的板组效应的临界应力。自2002年Schafer提出直接强度法后,考虑板组效应的轴压构件局部屈曲临界应力或荷载成为计算的必要条件,然而现有的计算式多为两端简支构件且不考虑板组效应的临界应力计算式。为建立常用截面轴压构件局部屈曲临界荷载的实用计算式,本文以4部标准和1部设计手册中的C形截面构件为研究对象,即中国国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)和中国建筑工业行业标准《建筑结构用冷弯薄壁型钢》(JG/T 380-2012),美国国家标准《North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members》(AISI S100—16)和设计手册《AISI Manual Cold-Formed Steel Design 2002 Edition》,英国国家标准《BS5950-5:1998 Structure use of steelwork in building:part 5:code of practice for design of cold formed thin gauge sections》(BS 5950-5:1998),采用理论分析和有限条法相结合的方法,进行了如下研究:(1)计算总结如上4部标准和1部设计手册中的C形截面的板件宽度比、宽厚比等共6种尺度参数的范围,确定研究对象的几何尺度范围。(2)基于轴压矩形板的局部屈曲临界应力计算式,通过引入轴压构件弯曲屈曲计算长度系数,把加载边两端简支或两端固支以及非加载边简支的局部屈曲临界应力的屈曲系数进行了统一表达,得到了统一的局部屈曲系数的计算式。(3)提出了轴压构件局部屈曲临界荷载的等效概念。采用本文局部屈曲临界荷载的实用计算式与其他学者提出的局部屈曲临界荷载的实用计算式对184个C形截面构件的局部屈曲临界荷载进行计算,并与有限条软件计算出的临界应力进行了对比,验证了提出的计算式的精度。(4)基于有限条分析的结果,提出了考虑板组效应的等效局部屈曲系数,通过将设计手册《AISI Manual Cold-Formed Steel Design 2002 Edition》、中国规范GB50018-2002、中国行标JG/T 380-2012中的C形截面尺寸拓展到Z形和帽形,进一步把C形、Z形和帽形截面轴压构件的局部屈曲临界荷载的计算式统一进行了表达。(5)采用文献中的试验数据并基于Schafer的轴压构件局部屈曲的直接强度法对本文的局部屈曲临界荷载的实用计算式进行验证,结果表明本文所提计算式的精度和可靠度。研究表明,本文提出的常用截面轴压构件的局部屈曲临界荷载的实用计算式形式简单、计算方便,既与经典的矩形板的临界应力计算式相协调,又充分反映了简支、固支轴压构件的边界约束条件对局部屈曲临界荷载的影响,且对于常用的C形、Z形、帽形截面具有较高的精度,可为中、美、英三国的冷弯薄壁型钢轴压构件计算提供参考。