钢结构轴心受压构件整体稳定系数的统一计算方法

　　由于钢结构构件成型方式不同,故我国出现了两种钢结构技术规范,即以热轧型钢为主的钢结构设计规范(GB50017—2002)和冷弯薄壁型钢为主的冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB50018—2002)。随着钢结构构件加工技术的不断发展,钢构件成型方式相互渗透,因此有时在规范选择上会产生一定困惑。若将两种规范合二为一,显然会给使用带来很大的方便。两种规范中对有些受力相同的构件采用了不同的计算理论,因此计算理论的统一是两种规范合二为一的前提。本文就统一轴心压杆整体稳定系数计算理论进行探讨。

　　1　规范中轴心压杆整体稳定系数的两种计算方法

　　(1)冷弯薄壁型钢结构技术规范对轴心压杆稳定采用边缘纤维屈服准则计算,即以构件截面边缘纤维开始屈服时的荷载为临界荷载(Ne),不计残余应力的影响,以截面几何缺陷的等效初弯曲率综合考虑初始缺陷对构件稳定的影响,按照弹性稳定理论计算,得到用柏利·罗伯逊(PerryRoberson)公式表达的整体稳定系数:

　　式中:λ-———构件相对长细比σcr1———轴心受压构件的临界应力,σcr1=Ne/A;λ———构件长细比;1———轴心受压构件的整体稳定系数;ε01的取值为:λ-≤0.5时,ε01=0·25λ-;0.5<λ-≤1.0时,ε01=0·05+0·15λ-;λ->1.0时,ε01=0·05+0·15λ-2。

　　(2)钢结构设计规范对轴心压杆稳定采用最大强度准则计算,即参考国内外大量轴心受压的实验结果,按照极限荷载理论,用逆算单元长度法得到了构件承受的极限荷载即为临界荷载。在计算临界荷载的同时,考虑残余应力和初弯曲缺陷的影响。由于残余应力分布的多样性,柱稳定系数曲线呈一定宽度的分布带,故钢结构设计规范用四条曲线代表这一分布带(见图2),并将稳定系数值拟合成柏利·罗伯逊公式的形式来表达:

　　式中:σcr2———轴心受压构件临界应力,σcr2=Nu/A;2———轴心受压构件整体稳定系数。

　　此时值不再以截面的边缘屈服为准则,而是按最大强度理论确定出杆的极限承载力后再反算出ε02值。ε02值实质为考虑初弯曲、残余应力等综合影响的等效初弯曲率。规范中四条曲线的ε02取值为[3]:

　　对于a类截面

　　尽管式(1)和式(2)在表达形式上是相似的,但其内涵存在很大的差异。式(1)与式(2)分别采用不同的准则和不同的计算理论,对影响临界荷载因数采取了不同的处理方法,式(1)是根据弹性稳定理论直接得到的,式(2)是根据最大强度理论计算结果拟合成式(1)形式的表达,实际上是基于试验的经验公式。

　　2　计算轴心压杆整体稳定系数的新方法

　　2.1　新方法的理论依据