赵胜江 金胜强 姚石辉 雷张斌 金雨飞 孙德发

摘 要：在分析比较冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）相关条文规定的基础上，结合长度分别为300 mm、500 mm和1000 mm，截面尺寸为L30×2.0冷弯薄壁等边角钢压杆的试验结果，针对Q345冷弯薄壁等边角钢压杆承载力计算方法进行了较深入的探讨和对比分析。结果表明：采用冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）中的有效宽度法可以有效地预测Q345冷弯薄壁等边角钢压杆的稳定承载力，且与试验结果吻合良好。

关键词：冷弯薄壁型钢 等边角钢 压杆 有效宽度法 极限承载力

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（c）-0096-02

冷弯薄壁型钢作为一种高效、经济、环保型建筑材料，具有截面形状合理、力学性能良好、钢材利用率高等特点，其已经被大量使用在轻型钢结构体系中，如低层住宅、工业厂房、钢模板、脚手架、桥梁结构、输电线塔等。角钢构件是钢结构中的一类重要构件，它具有易安装和连接方便的優点，可应用于塔架结构、格构柱、桁架结构及支撑等结构。冷弯型角钢不受截面规格的限制，截面开展形式多样，更能适应各种结构使用的需要。

冷弯角钢截面属开口薄壁构件，在轴向压力作用下其失稳类型归纳有4种：（1）对最小主轴的弯曲屈曲；（2）弯扭屈曲；（3）局部屈曲；（4）弯扭-局部屈曲。

从“冷弯薄壁型钢结构技术规范[1]”

（GB50018-2002）第5.2.3条规定可以看出，计算截面全部有效的不卷边的等边单角钢轴心受压构件，只考虑了弯曲屈曲，并没有考虑弯扭屈曲和局部屈曲等形式。如果计算截面不是全部有效怎么办呢？四种失稳形式，究竟谁起控制作用呢？该文将在试验的基础上，结合冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）中的计算方法进行计算与分析，以检验我国规范的适用性。

1 试验概况

试件材料为Q345，截面尺寸为L30×2.0，截面特性见表1，符号定义见图1。试件长度分别为300、500和1000 mm，每组测试3个试件。试验采用液压试验机，试件直接置于试验机上下两端板之间，基本满足两端约束条件[2]，试件加载装置和试件布置示意见图2。试件试验承载力见表2。理论计算取=345N/mm2，=300N/mm2，=206000N/mm2。

2 冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）的规定

2.1 第5.2.3条的规定

计算闭口截面、双轴对称的开口截面和截面全部有效的不卷边的等边单角钢轴心受压构件的稳定系数时，其长细比应取按下列公式算得的较大值：

（1）

（2）

式中、为构件对截面主轴x轴和y轴的长细比；、—构件在垂直于截面主轴x轴和y轴的平面内的计算长度；、为构件毛截面对其主轴x轴和y轴的回转半径。

2.2 第5.2.4条的规定

计算单轴对称的开口截面轴心受压构件的稳定系数时，其长细比应取按公式（2）和下式算得的较大值：

（3）

（4）

（5）

式中 为弯扭屈曲的换算长细比；为毛截面扇形惯性矩；为毛截面抗扭惯性矩；为毛截面的弯心在对称轴上的坐标；为扭转屈曲的计算长度，；为无缀板时，为构件的几何长度；有缀板时，取两相邻缀板中心线的最大距离；，为约束系数。

冷弯薄壁等边角钢压杆，稳定承载力，取，见表3。

2.3 第5.6条的规定

对于非加劲板件，有效宽度按下式计算：

当 （6）

当

（7）

当 （8）

式中：为板件宽度；为板件厚度；为板件有效宽度；为计算系数，取值为1.0；为板件应力不均匀系数，取值为1.0；为板件受压区宽度，取值为其板宽；为计算系数，，其中，为按毛截面算出构件最大长细比，查GB50018-2002附录表A.1.1-2而求得的稳定系数，为板件屈曲系数，取值为0.425；为板组约束系数，取值为1.0。

冷弯薄壁等边角钢压杆，稳定承载力，见表4。

3 计算结果分析

按冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）不同条文规定计算的两端简支冷弯薄壁等边角钢压杆（L30×2.0）极限承载力与试验结果比较见图3。

从图3来看，对于两端简支的试件，只有采用有效截面（按有效宽度法计算）的计算结果N基本小于试验值Nt，说明此计算方法是合理的。

当长细比较小时，有可能出现弯扭屈曲模式。因此设计时，此类构件应列入冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）单轴对称截面轴心压杆一类进行稳定验算，即考虑构件弯扭失稳采用规范给出的换算长细比进行设计。

综上所述，现行冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）将冷弯薄壁等边单角钢轴压杆归入闭口截面和双轴对称开口截面一类设计，只考虑了角钢的弯曲屈曲模式破坏而没有考虑角钢的弯扭屈曲模式是不合适的。当角钢发生弯扭屈曲模式破坏时，按冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）第5.2.3条的规定设计将不能确保角钢轴压杆的安全，建议规范对此应该进行修改，应将冷弯角钢轴压杆纳入单轴对称截面，考虑弯扭屈曲一类杆件设计，同时考虑截面的有效问题。

4 结语

结果表明：采用冷弯薄壁型钢结构技术规范（GB50018-2002）中的有效宽度法可以有效地预测Q345冷弯薄壁等边角钢压杆的稳定承载力，与试验结果吻合良好。

参考文献

[1] GB50018-2002.冷弯薄壁型钢结构技术规范[S].北京：中国计划出版社，2002.

[2] 周鹏杰，冷光，孙德发.冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱承载力的计算方法[J].山西建筑，2011，37（6）：25-27.