波纹腹板H型钢梁剪切屈曲承载力计算

罗洪光

(湖南工程学院 建筑工程学院，湘潭 411104)



波纹腹板H型钢梁剪切屈曲承载力计算

罗洪光

(湖南工程学院 建筑工程学院，湘潭 411104)

针对现行中国规程，提出一种考虑相关屈曲的波纹腹板H型钢梁剪切屈曲极限承载力计算方法.与其他计算方法相比，此方法计算结果与试验值吻合较好.可为同行设计研究提供参考.

波纹腹板；钢梁；剪切屈曲；屈曲强度；相关屈曲

0 引言

波纹腹板H型钢由于具有合理的受力性能和优越的经济性，得到广泛的应用[1].波纹腹板H型钢梁剪力主要由波纹腹板承担，剪切屈曲是导致波纹腹板破坏的主要原因[2].波纹腹板H型钢梁的剪切屈曲极限承载力的计算较复杂，尚需深入研究[3].波纹腹板有三种剪切屈曲模式：局部剪切屈曲、整体剪切屈曲、相关剪切屈曲.局部剪切屈曲仅限于单个平板内.整体剪切屈曲涉及多个平板，呈对角线扩展到整个腹板高度.相关剪切屈曲是由局部剪切屈曲和整体剪切屈曲之间的相互作用造成的，相关剪切屈曲的发展限于少数几个平板内[4-6].相关剪切屈曲既有局部剪切屈曲的特点，也包含整体剪切屈曲的特点[6].现行中国规程[7]不涉及相关屈曲.本文针对中国规程[7]设计曲线，引入相关屈曲，提出关于波纹腹板H型钢梁剪切屈曲极限承载力一种新的计算方法.

1 计算方法

对于波纹腹板H型钢梁抗剪承载力，中国规程提出了考虑屈曲影响的局部屈曲和整体屈曲折减系数χ，如式(1)和式(2)所示.

χ=1.15/(0.9+λ)≤1.0

(1)

χ=0.68/λ0.65≤1.0

(2)

式(1)和式(2)中，通用宽厚比λ计算式为：

(3)

钢梁极限抗剪承载力τ=χτy

(4)

式(4)中χ取式(1)和式(2)计算值的较小值.

(5)

从式(5)可见，弹性相关剪切屈曲承载力小于弹性局部剪切屈曲和弹性整体剪切屈曲承载力.

Richard Sause等[3](以下简称Richard Sause法)推荐采用下式用于波纹腹板H型钢梁相关屈曲折减系数χ计算：

(6)

式(6)中，λI,3计算如下：

将式(6)折减系数χ计算值代入式(4)，得到钢梁极限抗剪承载力τ.

HassaneinmF等[9](以下简称HassaneinmF法)则建议以λI,0.6代替式(6)中的λI,3进行计算：

(7)

式(1)具有足够的安全性和准确性[7]，为考虑相关屈曲对波纹腹板H型钢梁抗剪承载力的影响，本文将Richard Sause法中的λI,3代入式(1)，式(1)折减系数χ计算值代入式(4)，得到钢梁极限抗剪承载力τ(以下简称本文方法).由式(5)可见，相关屈曲计算值与局部屈曲计算值、整体屈曲计算值均有关，本文方法能综合反映三种屈曲模式对波纹腹板H型钢梁剪切屈曲承载力的影响.

2 计算与试验对比

图1 本文方法设计曲线与试验对比

由图1可见，设计曲线走向与试验值分布走向吻合较好，大部分试验值均位于设计曲线之上，个别位于设计曲线之下的试验值都很接近设计曲线，本文方法设计曲线具有一定的安全储备.

为对各种计算方法进行比较，针对上述109个试验数据，分别运用本文方法、中国规程、Richard Sause法和HassaneinmF法进行计算，得到剪切屈曲承载力计算值τ，τ与试验值τt比值计算分布如图2和表1所示.

图2 各方法剪切屈曲承载力计算值τ与试验值τt比值分布

由图2和表1可见，HassaneinmF法比较保守，HassaneinmF法和Richard Sause法计算值离散度较大.四种设计计算方法中，本文方法、中国规程计算结果与试验值符合较好.由于考虑了相关屈曲，本文方法和中国规程相比，总体上偏于安全.需指出的是，109个试件中，仅6个试件符合中国规程波形要求，众多不满足中国规程波形要求的试件的中国规程计算值与试验结果相近，反映出中国规程波形要求偏于严格，可能影响计算式的适用范围.

表1 各方法剪切屈曲承载力计算值τ与试验值τt比值对比

本文方法与Richard Sause法区别主要为折减系数χ取值不同，也即式(1)和式(6)所示.

3 算例

以文献[3]中编号为V122421A试件为例，τy=358mPa，将文献[3]所提供的该试件λI,3=1.2代入式(1)得

χ=1.15/(0.9+λ)=1.15/(0.9+1.2)=0.548

把χ=0.548代入式(4)得钢梁极限抗剪承载力

τ=χτy=0.548×358=196MPa

钢梁极限抗剪承载力试验值τe=210MPa

本文方法计算值约为试验值93.3%，二者比较接近.此外，该试件满足中国规程波形要求，中国规程计算值与本文方法计算值接近相等.

4 结论

在综合已有研究成果基础上，本文提出了一种可考虑相关屈曲的波纹腹板H型钢梁剪切屈曲极限承载力计算方法.本文方法计算值与试验数据吻合较好.与现行中国规程相比，由于本文方法只包含一条设计曲线，方便设计计算，并且安全储备较高.本文方法可为相关工程设计人员及规范的修订提供参考.

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Computation of Ultimate Shear Buckling Strength of H-beams with Corrugated Webs

LUO Hong-guang

(School of Civil Engineering and Architecture,Hunan Institute of Engineering,Xiangtan 411104,China)

Aiming at the current Chinese code,a new interactive shear buckling strength formula is developed,which is for the computation of ultimate bearing capacity of H-beams with corrugated webs.The new formula is shown to bemore accurate than previous formulas by the comparison of a number of experiments.The formula can give reference to the research and design.

corrugated webs; steel beams; shear buckling; buckling strength; interactive buckling

2015-11-13基金项目：湖南省高等学校重点科学研究项目(15A045)；湖南工程学院人才科研启动基金(15061).作者简介：罗洪光(1974-)，男，博士，副教授，研究方向：钢结构.

TU391

A

1671-119X(2016)02-0080-03