收藏词条 编辑词条 焊接箱形梁腹板考虑屈曲后性能的极限承载力
1 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
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编号 |
h0/tw |
a/h0 |
GBJ |
有限元 |
本文公式 |
美国 |
|
LB1 |
200.0 |
1.00 |
278.2 |
617.7 |
513.6 |
641.1 |
|
LB2 |
200.0 |
1.25 |
235.3 |
570.0 |
471.0 |
579.2 |
|
LB3 |
200.0 |
1.67 |
202.0 |
491.9 |
400.9 |
500.2 |
|
LB4 |
162.5 |
1.23 |
292.0 |
560.5 |
459.4 |
519.0 |
|
LB5 |
162.5 |
1.54 |
257.8 |
462.1 |
423.1 |
469.9 |
|
LB6 |
162.5 |
2.05 |
230.6 |
472.3 |
369.6 |
411.6 |
|
LB7 |
125.0 |
1.60 |
328.0 |
479.1 |
423.9 |
427.5 |
|
LB8 |
125.0 |
2.00 |
302.2 |
414.1 |
399.3 |
395.7 |
|
LB9 |
125.0 |
2.67 |
281.3 |
450.5 |
363.9 |
361.2 |
2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：
λb为腹板抗弯时的换算高厚比，由于箱形梁整体稳定性好，取χb=1.61，则有
（8）
公式(7)与“规范”(GBJ17-88)的比较如图4所示。
图4公式(7)与“规范”(GBJ17-88)的比较
1-本文公式(7)；2-GBJ17-88公式
有效截面确定以后，截面的最大抵抗弯矩Me可以确定，即
(9)
式中，Wec及Wet分别为有效截面受压及受拉抵抗矩。
应用本节所述简化分析方法对8根箱形梁在纯弯曲作用下的极限荷载进行了分析，并与理论计算结果进行了比较，如表2所示。由表2可以看出，采用简化分析方法是安全可行的。
表2箱形梁(单肋或双肋)在纯弯曲作用下的极限荷载kN*m
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编号 |
LL1 |
LL2 |
LL3 |
LL4 |
LL5 |
LL6 |
LL7 |
LL8 |
|
理论计算Mu |
1530.6 |
1231.6 |
1013.2 |
810.7 |
1410.3 |
1151.5 |
941.9 |
733.9 |
|
简化计算Mu |
1321.4 |
1018.4 |
890.3 |
623.8 |
1211.2 |
928.1 |
729.8 |
543.8 |
3箱形梁腹板在弯剪作用下的屈曲后强度
如果在计算时将翼缘与腹板分开考虑，即认为弯矩由翼缘承受，剪力由腹板承受。这样，箱形梁即使同时受有弯矩M及剪力V的作用，也无须考虑二者的相关屈曲，但这样设计偏于保守。经济的做法应是考虑翼缘及腹板的相互作用，即认为腹板也可以承受一部分弯矩，翼缘也通过对腹板的框架约束作用承受部分剪力。这样，箱形梁在弯剪共同作用下就必须考虑相关屈曲的问题。
本文参考我国现行《钢结构设计规范》(GBJ17-88)、美国《钢结构设计规范》(AISC-LFRD-1993)、欧洲《钢结构设计规范》(EC3-ENV-1993)及英国BS5400规范板梁结构的腹板在弯剪共同作用下相关曲线的规定，根据理论计算结果，提出了使用于箱形梁腹板在弯剪共同作用下相关屈曲的相关曲线，如图5所示。图5中，Vo及Vd分别为不考虑及考虑翼缘对腹板的约束作用时的极限剪力，Mo及Md分别为翼缘截面屈服弯矩及全截面屈服弯矩。
图5弯矩与剪力的相关作用曲线
相关曲线的说明如下：①当V≤Vo且M≤Mo时，V和M单独作用，不考虑二者的相关性。②当V≤0.5Vo时，M≤Md。③当V＞0.5Vo且V≤Vo时，M≤
。④当V＞Vo时，V≤Vd。
利用上述相关曲线，作者对97根箱形梁承受的剪力V及弯矩M进行了验算，结果证明本文提出的相关曲线是安全可行的。
4结论
通过对箱形梁腹板屈曲后性能的分析研究，可以得出以下几点结论：
(1)通过对比可以发现，应用本节提出的简化分析方法是安全可行的，但尚需进行大量的试验研究，以便为规范修订提供更有力的依据；
(2)通过与“规范”GBJ17-88的比较可以看出，本文采用的临界剪力及极限弯矩的公式更合理；
(3)承受动力荷载作用的箱形梁(如吊车梁)腹板尚需考虑在循环荷载作用下重复屈曲的疲劳破坏性能，其弹塑性本构模型也需加以修改，有关这方面的理论分析与试验研究有待深入。