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焊接箱形梁腹板考虑屈曲后性能的极限承载力

焊接箱形梁腹板考虑屈曲后性能的极限承载力 2011年12月09日 来源： 我国现行《钢结构设计规范》(GBJ17-88)对焊接工字梁的加劲肋设置作了明确规定，而对箱形梁却未作具体说明；目前，全国规范修订组正在对现行规范进行修改，主要是想把工字梁在静载作用下的屈曲后强度加以利用，而对箱形梁却未作要求。事实上，焊接箱形梁腹板同样存在较大的屈曲后强度可以利用，并且由于双腹板的存在，使得它与工字梁相比又有所区别。　　箱形梁腹板的受力条件主要有三种：一是承受剪应力作用，二是承受正应力作用，三是弯剪共同作用。三种受力条件下箱形梁腹板的屈曲后性能各不相同。本文在参考国内外钢结构设计规范的基础上，提出了适用于各种条件下的简化分析方法，供工程设计和规范修订参考。1　箱形梁腹板在剪应力作用下屈曲后强度　　受剪板的屈曲后强度有张力场产生，张力场的分布有不同的假设，经过试验证明，欧洲钢结构设计规范(EC3-ENV-1993)采用的张力场模型及框架机制对箱形梁比较适合，如图1所示。它认为，张力场作用在横向加劲肋及上下翼缘之间，并且翼缘还可以参与抗剪，直至出现塑性铰。图1　张力场模型及框架机制　　应用张力场法，内外加劲受剪板的极限剪力可由式(1)确定，即Vbb=2［h0twτbb+0.9(gtwσbbsinφ)］/γR　　(1)式中，γR为抗力分项系数，σbb为张力场拉应力，且有σbb=(f2y-3τ2bb+ψ2)0.2-ψ　　(2)而ψ＝1.5τbbsin2(3)τbb为受剪板的临界剪应力，可由式(4)确定：(4)式中，fvy为腹板的剪切屈曲强度，λs为腹板抗剪时的换算高厚比，考虑翼缘对腹板的嵌固影响系数χs＝1.23后，有的取值范围为，一般可取=θ/1.5。　　当腹板区格幅面比率a/h0变化时，公式(4)与我国现行《钢结构设计规范》(GBJ17-88)的比较见图2所示。　　图2　公式(4)与“规范”(GBJ17-88)的比较(a)-a/h0=1.0；(b)-a/h0=2.01-本文公式(4)；2-GBJ17-88公式　　本文将9根典型梁的极限强度的理论计算值与公式(1)(γR=1.0)及美国“规范”(AISC-LRFD-1993)作了比较，计算结果如表1所示。通过对比可以发现，焊接箱形梁腹板存在较大的屈曲后强度可以利用，并且应用本文提出的简化分析方法是安全可行的。表1　受剪腹板极限强度计算结果对比　　kN编号h0/twa/h0GBJ17-88有限元结果本文公式(1)美国规范LB1200.01.00278.2617.7513.6641.1LB2200.01.25235.3570.0471.0579.2LB3200.01.67202.0491.9400.9500.2LB4162.51.23292.0560.5459.4519.0LB5162.51.54257.8462.1423.1469.9LB6162.52.05230.6472.3369.6411.6LB7125.01.60328.0479.1423.9427.5LB8125.02.00302.2414.1399.3395.7LB9125.02.67281.3450.5363.9361.22　箱形梁腹板在正应力作用下的屈曲后强度 　　正应力作用下腹板屈曲后强度的机理与受剪板不同［1］，它主要依靠横向薄膜拉力对变形的约束作用而提高其承载力，屈曲后强度的计算通常采用有效截面的办法。有效宽度的分布原则是：受拉区全部有效，受压区应力大的一侧有效宽度小于应力小的一侧。梁腹板截面的应力分布如图3所示。图3　正应力分布模式对于图3所示情况：　　（6）对于内外加劲的箱形梁，其有效宽度系数ρ的计算公式可如下确定：

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