工形截面轴心受压构件板件屈曲系数研究

发布时间：2020-03-14 05:47

【摘要】：板件屈曲系数的取值由板件之间的约束决定,且直接影响到截面(板件)的弹性临界应力。基于经典弹性板屈曲理论和CUFSM软件两种方法研究均匀受压板件的屈曲系数与板件尺寸的关系,并互相印证,发现两者所得结果基本一致,但在某些特殊情况下差别较大,表明CUFSM软件具有局限性。根据175个热轧工形截面的计算数据,拟合得到了屈曲系数的简化公式。与其他公式相比,该文建议公式计算简便且具有更好的准确性,可用于直接强度法或确定板件的宽厚比限值。
【图文】：

曲线,计算结果,屈曲系数,弹性屈曲

3计算板件屈曲系数的软件法基于有限条法(FiniteStripMethod)原理编制的CUFSM软件[13 14]由约翰霍普金斯大学Schafer开发，是目前国际上广泛应用于薄壁杆件的弹性屈曲分析的软件之一。软件对给出的截面按输入的一系列半波长度进行计算，得到应力随半波长度的变化曲线，其中，第一个最低点对应于局部屈曲临界应力。图7为CUFSM4.05对I20a截面轴心受压构件的计算结果，，采用的计算模型如图6(c)所示。1011020100020003000400050006000140.0,1671.10lengtholadfactorCUFSMresults图7CUFSM4.05的计算结果(I20a截面)Fig.7SolutionforsectionI20abyCUFSM该计算结果表明，当半波长度为140mm时发生局部屈曲，对应的弹性屈曲临界应力为cr1671.10MPa。据此，可利用式(1)反算得到腹板和翼缘的屈曲系数分别为swK=6.52，sfK=0.173。4热轧工形(H形)截面屈曲系数4.1热轧工字钢屈曲系数分析鉴于柏拉希理论法的求解过程比较复杂，笔者编制了专用程序，对《热轧型钢》(GB/T706-2008)[17]中规定的45个热轧工字钢截面计算，得到了弹性屈曲系数理论解twK、tfK。同时用CUFSM软件计算得到swK、sfK。两种算法的对比结果见图8，图中的3簇数据分别对应a、b、c系列。由计算结果可知：1)软件法所得的swK一般比理论法所得的twK高2%~6%，其中，a系列(序号为1~21，包括6个不在系列内的)为3%~4%，b系列(序号为22~36)为2%以内，c系列(序号为37~45)均为负偏差但在2%以内。两种计算方法所得结果十分接近，因此

理论法,简化公式,校核,文献

扑愀丛樱嚅南媋2]给出了简化计算式，如下：工字形截面的腹板：2w3wf32222fwffw0.160.005619.412()/()htbttbth(20)222103K(21)适用条件：2222wffw9.412(tb)/(th)≤1。工字形截面的翼缘：3fw32222wffwwf1210.106()/()thtbthtb(22)220.6534K(23)适用条件：2222wffw9.412(tb)/(th)≥1。据此计算上述175个工形截面(130个热轧H型钢以及45个热轧工型钢)的wK并与作为基准的理论值相比较，误差如图11(a)所示，区间为13.1%~3.5%，其中，估值低于95%倍基准值的有30个。文献[19]针对美国标准中工型钢(包括W型、M型、S型和HP型)规格，利用CUFSM的计算结果归纳出的经验公式为：2.5wwfwf11.50.18Khbtt(24)据此计算上述175个截面的wK值并与理论值比较，误差如图11(b)所示，区间为29.1%~4.4%。序号(a)文献[2](b)文献[19]图11文献简化公式的校核Fig.11Checkingformulaofreferences笔者对175个截面采用理论法计算，得到的wK-关系如图12所示。考虑到相等时wK还与fwt/t有关，笔者建议wK按照下式取值：当3.8≤时：fww(1.701.62)tKt(25a)当3.8≥时：fww4.84tKt(25b)且wK2.15时取wK2.15，wK6.30时取wK6.30。板屈曲腹数系Kw相对刚度比图12wK变化趋势Fig.12ValuesofwK按笔者公式得到的wK与理论值相比较，误差如图13所示，变动范围在10.7%~11.7%，其中，估值较理论值低5%的共6个，较理论值高5%的共7个。将高估值的这7个截面用其他方法计算wK，结果如表3所示，可见，本文方法所得结果

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