焊接箱形截面短柱稳定承载力及设计方法

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1、科研开发焊接箱形截面短柱稳定承载力及设计方法刘涛１２何国民（１．华电重工股份有限公司，北京１０００４８；２．中铁十二局集团有限公司，太原０３００２４）摘要：现行ＧＢ５００１７－２００３《钢结构设计规范》对焊接箱形截面构件在考虑壁板局部失稳后的稳定极限承载力计算未建立成熟的设计理论。采用板壳单元，精确地模拟了箱形截面短柱的壁板局部失稳及其相互作用，在大挠度、弹塑性范围内对箱形截面的稳定极限承载性能进行研究。在大量数值分析的基础上，分别归纳总结箱形截面短柱在承受轴向压力、纯弯曲以及弯矩与轴力共同作用下的稳定极限承载力简化计算公式。关键词：箱形截面；稳定承载力；设计公式ＵＬＴ

2、ＩＭＡＴＥＬＯＡＤ－ＣＡＲＲＹＩＮＧＣＡＰＡＣＩＴＹＡＮＤＤＥＳＩＧＮＭＥＴＨＯＤＯＦＷＥＬＤＥＤＢＯＸＳＥＣＴＩＯＮＳＴＵＢＣＯＬＵＭＮＳ１２ＬｉｕＴａｏＨｅＧｕｏｍｉｎ（１．ＣｈｉｎａＨｕａｄｉａｎＨｅａｖｙＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏ．Ｌｔｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４８，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＮｏ．１２ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００２４，Ｃｈｉｎａ）ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅｃｏｍｐｌｅｔｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｕｌｔｉｍａｔｅｌｏａｄ－ｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｗｅｌｄｅｄｂｏｘｓｅｃｔｉｏｎｍｅｍｂｅｒｓｓｕｂｊ

3、ｅｃｔｅｄｔｏｌｏｃａｌｐｌａｔｅｂｕｃｋｌｉｎｇｈａｓｓｔｉｌｌｎｏｔｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔＧＢ５００１７－２００３ＣｏｄｅｆｏｒＤｅｓｉｇｎｏｆＳｔｅｅｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｅｓｅｎｔｓａｎａｃｃｕｒａｔｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｕｌｔｉｍａｔｅｌｏａｄ－ｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｌｏｃａｌｌｙｂｕｃｋｌｅｄｂｏｘｓｅｃｔｉｏｎｓｔｕｂｃｏｌｕｍｎｓｕｎｄｅｒａｘｉａｌｌｏａｄ，ｐｕｒｅｍｏｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｉｒｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｆｉｎｉｔｅｓｈｅｌｌｅｌｅｍｅｎｔｉｓｅｍｐｌｏ

4、ｙｅｄｔｏｅｘａｃｔｌｙｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｓｅｃｔｉｏｎａｌｇｅｏｍｅｔｒｉｃｓｈａｐｅａｎｄｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｗｉｔｈｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｏｆｐｌａｔｅｌａｒｇｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｅｌａｓｔｉｃ－ｐｌａｓｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌ．Ｂａｓｅｄｏｎｎｕｍｂｅｒｓｏｆｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｒｅｅｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｄｅｓｉｇｎｆｏｒｍｕｌａｓａｒｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｕｌｔｉｍａｔｅｌｏａｄ－ｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｂｏｘｓｅｃｔｉｏｎｓｔｕｂｃｏｌｕｍｎ

5、ｓｕｎｄｅｒｔｈｅｔｈｒｅｅｌｏａｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｍｅｎｔｉｏｎｅｄａｂｏｖｅ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｂｏｘｓｅｃｔｉｏｎ；ｕｌｔｉｍａｔｅｌｏａｄ－ｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ；ｄｅｓｉｇｎｆｏｒｍｕｌａ１概述内两侧宽度各为２０ｔｗ（ｔｗ为腹板厚度。）计算；很显近年来，多层钢结构住宅、办公楼、超市及低层然，这一规定忽略了截面边长比及壁板宽厚比的影钢结构工业厂房在我国得到了广泛应用，箱形截面响，计算结果必然会产生较大的误差。在截面局部作为这些结构的框架柱显示出了较好的经济性。对失稳及局部失稳后，箱形截面（短柱段）的边长比反于低、多层钢结构框架柱，如果截面板件的宽厚

6、比仍映了各板件之间的相互约束关系，它直接影响着壁板然按照ＪＧＪ９９－９８《高层民用建筑钢结构技术规的局部失稳屈曲系数及截面的屈曲后稳定承载力。［１］［２］程》及ＧＢ５００１１－２００１《建筑抗震设计规范》的壁板的宽厚比反映了局部失稳荷载的大小及局部失有关条款执行则必然会造成巨大的材料浪费，也很稳后承载力的发挥潜能。板件宽厚比愈小，极限承载难发挥钢结构材料强度高、延性好的优势。因此，对力愈接近其全截面屈服荷载。板件宽厚比愈大，局部低、多层钢结构框架柱，为了提高截面的结构效益及失稳荷载愈小，但屈曲后继续承载的潜力愈大。对于设计的经济性，应适当放松箱形截面的壁板宽厚比限焊接箱

7、形截面构件，初始缺陷（包括初始挠度及残余值。本文旨在这一背景下，不限定箱形截面壁板宽厚应力）对其稳定承载力的影响程度也与壁板的宽厚比比的取值条件，研究截面的稳定承载力与其几何参数有关。板件宽厚比愈大，其影响愈大，反之愈小。的关系，为这类构件的设计提供可靠的理论依据。对于不允许壁板发生局部失稳的构件而言，其关于箱形截面柱，当考虑构件壁板局部失稳后设计一般要进行截面的强度验算及构件的稳定承载的稳定承载力计算时，ＧＢ５００１７－２００３《钢结构设计规范》［３］计算条款仍然沿用老规范对有效截面的第一作者：刘涛，男，１９７６年出生，高级工程师。Ｅｍ