波纹腹板H 型钢和普通H 型钢压弯计算中的不同分析

■于大程，张惠武，张 哲 ■郑州大学土木工程学院，河南 郑州 450001

普通H 型钢分为轧制H 型钢和焊接H 型钢，而轧制H 型钢受到轧制条件的限制，腹板的高厚比都较小;而焊接H 型钢梁，为了保证屈服前不发生屈曲，腹板高厚比不能过大，并需要通过设加劲肋等措施来增强腹板的稳定性，这些因素都造成普通型钢的腹板用钢量较大。波纹腹板H 型钢是一种腹板用波纹钢板代替平腹板的H 型钢，可以在厚度较小(1～3mm)的情况下，不使用加劲肋就能够具有较高的平面外刚度和剪切屈曲强度。波纹腹板H 型钢的腹板用钢量一般占到整个构件的25%左右，最低甚至低至4%，而腹板高厚比可以达到600。所以，波纹腹板H 型钢具有良好的受力性能及优越的经济性，应用前景比较可观。下面以上下翼缘对称的波纹腹板H 型钢和普通H 型钢压弯构件为例，根据《钢结构设计规范》(GB50017—2003)和《波纹腹板钢结构技术规范》(CECS291—2011)所给出的公式进行分析比较。

1 压弯构件强度计算

在弯矩作用平面内，波纹腹板和平腹板H 型钢的强度计算公式是一致的:

但对波纹腹板H 型钢截面绕强轴和弱轴的塑性发展系数γx，γy可以分别取为1.0 和1.2，而普通的H 型钢当受压翼缘的自由外伸宽度与厚度之比超过的塑性发展系数γx，γy取为1.05 和1.2，对强轴而言波形腹板H 型钢的塑性发展系数有所降低，也就是说不考虑截面部分塑性发展，计算时应当注意。而普通H 型钢梁当受压翼缘的自由外伸宽度与厚度之比大于而不超过时和波纹腹板H 型钢梁强轴的塑性发展系数相等都是1.0。

2 压弯构件弯矩作用平面内整体稳定计算

其中是弯矩作用平面内对受压构件的整体稳定系数，按照换算长细比确定，也就是说需要考虑腹板剪切变形的影响，W1x在弯矩平面内对受压纤维的毛截面模量，但是由于腹板的折叠效应，所以忽略了腹板贡献。

3 压弯构件弯矩作用平面外整体稳定计算

对于压弯构件弯矩作用平面外的整体稳定公式都为:

但是对于波纹腹板H 型钢W1x参数的取值是在弯矩平面内对受压纤维的毛截面模量，忽略了腹板贡献;其余参数取值方法相同。

4 压弯构件弯矩作用在两个主轴平面整体稳定计算

双轴对称实腹式普通H 型钢的压弯构件，稳定性按:

其中φx，φy是对强轴(x-x)和弱轴(y-y)的轴心受压构件的整体稳定性系数;φbx，φby均匀弯曲的受弯构件的整体稳定性系数，Wx，Wy对强轴和弱轴的毛截面模量;η 截面影响系数;

而弯矩作用在两个主平面内的等截面波纹腹板压弯构件，其稳定性按:

两个式子算出，Wx，Wy对强轴和弱轴的毛截面模量，忽略腹板部分;对于强轴稳定性计算时由于γx=1.0，计算时忽略不计;前面的系数波纹腹板H 型钢是由对强轴和弱轴的轴心受压构件的整体稳定性计算得到的，需要考虑相应的长细比，而普通的H 型钢前面的系数是固定值0.8，不需要考虑长细比对结构所造成的影响。

5 结论

通过分析波纹腹板H 型钢的压弯计算和普通H 型钢压弯计算之间的的差别，对波纹腹板H 型钢的计算相对保守?，对结构而言安全性相对较高，并且在计算弯矩平面内整体稳定性时波纹腹板H 型钢的计算需要考虑在弯矩作用平面内的换算长细比进行计算，计算需要考虑换算长细比对构件的整体稳定性在轴力作用下对整体稳定性的影响。目前，虽然大部分在工程上应用的都是H 型钢或者是工字形钢，但是波纹腹板H 型钢良好的受力性能，良好的抗疲劳性能，优越的经济性已经受到了各国研究者的充分肯定。因此在工程的应用上，波纹腹板H 型钢会逐渐取代普通的H 型钢或者是工字钢。

［1］中华人民共和国建设部.钢结构设计规范(GB50017-2003)［S］.北京:中国计划出版社，2003.

［2］中国工程建设标准化协会.波纹腹板钢结构技术规范(CECS291:2011).北京:中国计划出版社，2011.

［3］张哲，李国强，孙飞飞.波纹腹板H 型钢研究综述［J］.建筑钢结构进展，2008，10(6).

［4］李国强，张哲，孙飞飞.波纹腹板H 型钢抗剪承载力［J］.同济大学学报(自然科学版)，2009，37(6).

［5］赵顺波.钢结构设计原理(第二版).郑州大学出版社，2013.