冷彎薄壁槽鋼軸壓柱承載力的計算方法探討

摘 要：對冷彎薄壁槽鋼軸壓柱分別用中國規范（GB50018-2002）中的有效寬度法（EWM）和美國規范（AISI S100-2007）中的直接強度法（DSM）進行了穩定承載力計算，并與試驗進行了比較。結果表明：有效寬度法和直接強度法均可有效預測冷彎薄壁槽鋼軸壓柱穩定承載力，GB50018-2002中的有效寬度法計算結果偏于安全。

關鍵詞：冷彎薄壁槽鋼 軸壓柱 有效寬度法 直接強度法 穩定承載力

中圖分類號：TU318文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）04（a）-00-02

冷彎薄壁型鋼作為一種高效、經濟、環保型建筑材料，具有力學性能良好、截面形狀合理、鋼材利用率高等一些特點，隨著我國鋼產量的不斷增加，以及國家對于鋼結構住宅產業的大力扶持，冷彎薄壁型鋼住宅體系在國內蓬勃的發展，在建筑行業尤其是輕鋼房屋建設中得到廣泛的應用。冷彎薄壁卷邊槽鋼是冷彎薄壁型鋼住宅中的常用構件之一，由于受初始缺陷、長細比、材料特性等諸多因素影響，使得冷彎薄壁卷邊槽鋼受壓構件的極限承載力理論計算比較復雜，國內外學者主要采用試驗和有限元方法對其進行

研究[1-3]，但也提出來化簡實用方法。簡化設計方法中，有效寬度法被廣泛應用，己成為各國設計規范的基礎[4]。但是，由于有效寬度是截面應力分布的函數，而應力分布又與截面幾何特征有關，使得有效寬度設計方法實際上是一個迭代過程，工程設計者對迭代方法難以接受。近年來，美國Schafer和Pekoz[5]提出了直接強度法，與有效寬度法相比，直接強度法是全截面采用有效應力設計板件，且考慮板件局部屈曲、畸變屈曲和整體屈曲相關影響。目前，該方法已經被大量的試驗數據所證實，并已被列入北美規范NAS 2004[6]中，大有取代有效寬度法的趨勢[7]。但直接強度法需要依賴有限條或有限元程序計算構件全截面的局部屈曲和畸變屈曲臨界應力，目前沒有簡單的解析方法。該文對冷彎薄壁槽鋼軸壓柱分別用中國規范（GB50018-2002）[8]中的有效寬度法（EWM）和美國規范（AISI S100-2007）[9]中的直接強度法（DSM）進行了穩定承載力計算，并與試驗進行了比較與分析。

1 試驗概況

試件材料為Q235，fy=235 N/mm2，E=206000 N/mm2，μ=0.3。截面為C100×100×t（t=0.5、1.0、1.5、2.0、2.5和3.0 mm），長度為1000 mm，每組測試三個試件。試驗采用液壓試驗機，試件直接置于試驗機上下兩端板之間，基本滿足兩端約束條件，試件加載裝置見圖1，試件試驗承載力見表1。

2 各國設計規范的規定

2.1 中國規范（GB50018-2002）的規定

3 計算結果分析

對于試件來說，美國規范（AISI S100-2007）中的直接強度法（DSM）和中國規范（GB50018-2002）中的有效寬度法（EWM）所得的結果與試驗，都能夠有效地預測冷彎薄壁槽鋼軸壓柱的承載力。直接強度法（DSM）與試驗值擬合程度比有效寬度法要好些，說明有效寬度法的計算結果較為保守。兩個規范下穩定承載力計算結果與試驗值對比見圖2。

4 結語

結果表明：冷彎薄壁槽鋼軸壓柱穩定承載力可用有效寬度法和直接強度法預測，GB50018-2002中的有效寬度法計算結果偏于安全。

參考文獻

[1]Young B，Yan J.Channel columns undergoing local，distortional，and overall buckling[J].Journal of Structural Engineering，2002，128（6）：728-736.

[2]Narayanan S，Mahendran M.Ultimate capacity of innovative cold-formed steel columns[J].Journal of Constructional Steel Research，2003，59：489-508.

[3]王春剛，張耀春，張壯南.冷彎薄壁斜卷邊槽鋼受壓構件的承載力試驗研究[J].建筑結構學報，2006，27（3）：1-9.

[4]Yu W W.Cold-formed steel design[M].3rd Ed.New York：John WileySons，Inc.，2000.

[5]Schafer B，Pekoz T.Laterally braced cold formed steel flexural members with edge stiffened elements[J].Journal of Structural Engineering，1999，125（2）：118-127.

[6]NAS 2004 Design of cold-formed steel structural members using the direct strength method：Appendix 1[S].

[7]Gregory J H，Thomas M M，Duane S E.Cold-formed steel structures to the AISI specification[M].New York：Marcel Dekker，Inc.，2001.

[8]冷彎薄壁型鋼結構技術規范（GB50018-2002）[S].北京：中國計劃出版社，2002.

[9]AISI S100-2007.North American speci?cation for the design of cold-formed steel members[S].