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HEATS 发表于 2010-9-12 15:12:32

焊接箱形梁腹板考虑屈曲后性能的极限承载力

<P><FONT size=2></FONT>&nbsp;</P>
<P><FONT face=宋体 size=1>本文将9根典型梁的极限强度的理论计算值与公式(1)(γ<SUB>R</SUB>=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。</FONT> </P>
<P align=center><FONT size=2><STRONG><FONT face=宋体>表1　受剪腹板极限强度计算结果对比　</FONT></STRONG><FONT face=宋体>　kN</FONT></FONT></P>
<CENTER>
<TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 bgColor=#f2f2f2 border=1>
<TBODY>
<TR>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>编号</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>h<SUB>0</SUB>/t<SUB>w</SUB></FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>a/h<SUB>0</SUB></FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>GBJ<BR>17-88</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>有限元<BR>结果</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>本文公式<BR>(1)</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>美国<BR>规范</FONT></TD></TR>
<TR>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>LB1</FONT></TD>
<TD align=middle>
<P align=center><FONT face=宋体 size=2>200.0</FONT></P></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>1.00</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>278.2</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>617.7</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>513.6</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>641.1</FONT></TD></TR>
<TR>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>LB2</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>200.0</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>1.25</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>235.3</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>570.0</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>471.0</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>579.2</FONT></TD></TR>
<TR>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>LB3</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>200.0</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>1.67</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>202.0</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>491.9</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>400.9</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>500.2</FONT></TD></TR>
<TR>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>LB4</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>162.5</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>1.23</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>292.0</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>560.5</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>459.4</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>519.0</FONT></TD></TR>
<TR>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>LB5</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>162.5</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>1.54</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>257.8</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>462.1</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>423.1</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>469.9</FONT></TD></TR>
<TR>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>LB6</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>162.5</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>2.05</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>230.6</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>472.3</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>369.6</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>411.6</FONT></TD></TR>
<TR>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>LB7</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>125.0</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>1.60</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>328.0</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>479.1</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>423.9</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>427.5</FONT></TD></TR>
<TR>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>LB8</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>125.0</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>2.00</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>302.2</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>414.1</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>399.3</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>395.7</FONT></TD></TR>
<TR>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>LB9</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>125.0</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>2.67</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>281.3</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>450.5</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>363.9</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>361.2</FONT></TD></TR></TBODY></TABLE></CENTER>
<DIV align=left>&nbsp;&nbsp;&nbsp; <BR>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 2　箱形梁腹板在正应力作用下的屈曲后强度 <BR><BR>　　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。<BR></DIV>
<P align=center><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_vatpea20071114113305301.gif" border=0></P>
<P align=center><FONT size=2>图3　正应力分布模式</FONT></P>
<P align=center><FONT size=2>对于图3所示情况：</FONT></P>
<P align=center><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_v0t8a620071114113305621.gif" border=0>（6）</P>
<P align=center><FONT size=2>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：</FONT></P>
<P align=center><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_ey7qek20071114113305591.gif" border=0></P>
<P align=left><FONT face=宋体 size=2>λ<SUB>b</SUB>为腹板抗弯时的换算高厚比，由于箱形梁整体稳定性好，取χ<SUB>b</SUB>=1.61，则有</FONT></P>
<P align=center><FONT size=2><IMG height=39 alt="55-6.gif (1631 字节)" src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_rmyuk520071114113305159.gif" width=122><FONT face=宋体>　　（8）</FONT></FONT></P>
<P align=left><FONT face=宋体 size=2>公式(7)与“规范”(GBJ17-88)的比较如图4所示。</FONT></P>
<P align=center><IMG src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_lriora20071114113305214.gif" border=0></P>
<P align=left>&nbsp;
<TABLE border=0>
<TBODY>
<TR>
<TD>
<P align=center><FONT face=宋体 size=2><B>图4　公式(7)与“规范”(GBJ17-88)的比较<BR></B>1-本文公式(7)； 2-GBJ17-88公式</FONT></P>
<P align=left><FONT face=宋体 size=2>有效截面确定以后，截面的最大抵抗弯矩M<SUB>e</SUB>可以确定，即</FONT></P>
<P align=center><IMG height=46 src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_fhyffs20071114113305166.gif" width=114 border=0><FONT face=宋体 size=2>(9)</FONT></P>
<P align=left><FONT face=宋体 size=2>式中，Wec及W<SUB>et</SUB>分别为有效截面受压及受拉抵抗矩。<BR>　　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。</FONT></P>
<P align=center><STRONG><FONT face=宋体 size=2>表2　箱形梁(单肋或双肋)在纯弯曲作用下的极限荷载　　kN*m</FONT></STRONG></P></TD></TR></TBODY></TABLE></P>
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<CENTER>
<TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0 bgColor=#f2f2f2 border=1>
<TBODY>
<TR>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>编号</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>LL1</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>LL2</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>LL3</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>LL4</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>LL5</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>LL6</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>LL7</FONT></TD>
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<TR>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>理论计算M<SUB>u</SUB></FONT></TD>
<TD align=middle>
<P align=center><FONT face=宋体 size=2>1530.6</FONT></P></TD>
<TD align=middle>
<P align=center><FONT face=宋体 size=2>1231.6</FONT></P></TD>
<TD align=middle>
<P align=center><FONT face=宋体 size=2>1013.2</FONT></P></TD>
<TD align=middle>
<P align=center><FONT face=宋体 size=2>810.7</FONT></P></TD>
<TD align=middle>
<P align=center><FONT face=宋体 size=2>1410.3</FONT></P></TD>
<TD align=middle>
<P align=center><FONT face=宋体 size=2>1151.5</FONT></P></TD>
<TD align=middle>
<P align=center><FONT face=宋体 size=2>941.9</FONT></P></TD>
<TD align=middle>
<P align=center><FONT face=宋体 size=2>733.9</FONT></P></TD></TR>
<TR>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>简化计算M<SUB>u</SUB></FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>1321.4</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>1018.4</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>890.3</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>623.8</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>1211.2</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>928.1</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>729.8</FONT></TD>
<TD align=middle><FONT face=宋体 size=2>543.8</FONT></TD></TR></TBODY></TABLE></CENTER></DIV>
<DIV align=center>
<CENTER>
<TABLE border=0>
<TBODY>
<TR>
<TD>
<P align=left><STRONG><FONT face=宋体 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 3　箱形梁腹板在弯剪作用下的屈曲后强度</FONT></STRONG></P>
<P align=left><FONT face=宋体 size=2>　　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。<BR>　　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，V<SUB>o</SUB>及V<SUB>d</SUB>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，M<SUB>o</SUB>及M<SUB>d</SUB>分别为翼缘截面屈服弯矩及全截面屈服弯矩。</FONT></P></TD></TR></TBODY></TABLE></CENTER></DIV>
<P align=center><FONT size=2><IMG height=156 alt="t56.gif (3381 字节)" src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_uxbjb320071114113305631.gif" width=186></FONT></P>
<CENTER>
<TABLE border=0>
<TBODY>
<TR>
<TD>
<P align=center><FONT face=宋体 size=2>图5　弯矩与剪力的相关作用曲线</FONT></P>
<P align=left><FONT face=宋体 size=2>　　相关曲线的说明如下：①当V≤V<SUB>o</SUB>且M≤M<SUB>o</SUB>时，V和M单独作用，不考虑二者的相关性。②当V≤0.5V<SUB>o</SUB>时，M≤M<SUB>d</SUB>。③当V＞0.5V<SUB>o</SUB>且V≤V<SUB>o</SUB>时，M≤<IMG height=30 src="http://www.chmcw.com/upload/news/RCL/13220_8t9bsw20071114113305981.gif" width=145 border=0>。④当V＞V<SUB>o</SUB>时，V≤V<SUB>d</SUB>。<BR>　　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。</FONT></P>
<P align=left><STRONG><FONT face=宋体 size=2>&nbsp;&nbsp;&nbsp; 4　结 论</FONT></STRONG></P>
<P align=left><FONT face=宋体 size=2>　　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：<BR>　　(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；<BR>　　(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；<BR>　　(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。</FONT></P></TD></TR></TBODY></TABLE></CENTER>
               

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