单角钢压杆的肢件宽厚比限值和超限杆的承载力

建筑结构学报Journal of Building Structures第31卷第9期2010年9月Vol. 31No. 9Sep. 2010 010文章编号： 1000-6869(2010) 09-0070-08单角钢压杆的肢材厚度比率限制值和超限杆的承载用王先铁(西安建筑科技大学结构工程和抗震教育部重点实验室，陕西西安710055 )摘要：低碳结构钢制作单角钢压杆时，肢材厚度比例限值不是需要关注的问题。 目前，高强度的Q420钢和Q460钢开始应用于输电塔，设计者不仅需要知道宽大比的极限值，还需要知道如何计算超限杆的承载力。 单角钢压杆受力情况分为轴压和偏压两种，它们对手脚厚度比有不同的要求，但现有塔设计的技术规定没有区别。 理论分析和传统文献试验结果表明，轴压单角钢和偏压单角钢分别具有较低的局部防屈曲和整体防屈曲扭转性能。 因此，分别提出了两种构件板厚比的限制值和超限杆承载力的计算公式，计算了两批Q460片山形钢制杆的承载力。 关键字：单角钢制杆宽幅比的限值超限杆局部弯曲弯曲中图标分类编号： TU392. 1文献标志： alimitingwidth-thicknessratioandstrengthofbeyond-limitmersemersement nglestrutschenshaffan Wang xiatie (keylobertoryofstructrustructionandaseismaticengineeringofchinaministryofeducation ) Xianuniversityofarchitectureandtechnology， Xian 71055 China ) abstract : inthedstranstructureconstreletiswideyuseforsinglestrut theissisuseoflimitingwidth-thicknessratioisnotmajornonnon hightrestemsq 420 andq 460 begintobeusedintransmissiontowers notonlylimitingwidth-thickness ratio， butalsostrengthofbeyond-limit members aretobeofconconforconnentttodesigners.singanglestrutsaredivideintotwocategoriesaccordingtor lyaxialcompressionandeccentriccompression .他们的需求不是width-thicknessratio， 现有技术provicesdonotdistinguishinguishthetwocases.basedontheoreticanalysisandexperienceobservation thiserationreverialdthedifference th-titionretoaxiallyandecchricromplicationallycompressedanglestruts : lbucklingandtoavoidexcessivelylowresistancetotwisting iting width-titityritionrationandfremationforbeyond-lititinstitionalcomplementation resultsoftwosetsofq 460单一语言版本发光宽度-发光速率； beyond- limit member； 本地备份； flexural- torsional buckling作者简介：陈绍蕃(1919)，男，浙江海盐人，教授。 e-mail : chens f2 Y原稿日： 2009年9月07日引言单角钢操纵杆是塔式和轻型桁架常用部件，根据结构分为轴压和偏压两种。 塔的主杆被认为是轴压的一种(即使节点偏心也会引起一定的弯曲力矩)，单侧连接的腹杆是偏压的性质，弯曲时伴随扭曲。 这两种不同性质的杠杆，应用手足厚度比问题区别对待。 长期以来，山形钢制的压杆多采用Q235钢，但现行山形钢规格中手脚的厚度比很少超过15，一般认为山形钢制的压杆的局部稳定不成问题。 GB 500172003 钢结构设计规范 (以下简称为规范 )中没有明确规定单山形钢制的按压棒的板厚比的限制值。 单边连接的单角钢在为了计算轴杆的强度和稳定而简化的情况下，强度设计值全部减少，但是没有规定是否需要考虑手脚的厚度比的限制值。目前，高强度钢材的应用越来越广泛，Q420和Q460角钢已经应用于750kV和1000kV特高压输电塔1 . 不仅要探讨钢材强度提高，防止局部屈曲的手足厚度比限值，还要分析超限承载力，提出相应的计算公式。 文 1仅对国内外三本相关技术标准进行了比较和评论，根据未提出新计算公式的文 2等稳定概念，提出了手足厚度比限值计算公式和类似于美国输电塔标准的超限杆强度递减系数，但试验资料未予验证。 最近，西安建筑科技大学完成了两次Q460钢单角钢推杆试验，轴压者和两端偏心者各一次，文章 3-4提出了详细资料。 文 4对既有的计算公式也进行了研究，提出了手足厚度比的限值和部件等效长度比的修正公式，但对超限杆强度的减小系数没有提出意见。 本文从理论和应用两方面，对两种单角钢压杆分别提出了手足板厚比临界值计算公式和超限杆有效屈服强度计算公式。 这些公式与句子 3-4的参考资料相比，适应度较好。 单轴压单角钢1. 1肢材厚度比限值轴压杆板材厚度比限值由局部弯曲决定，应与屈服标准等稳定标准并用5 . 等边角钢肢体属于一边自由三边简支板，其临界应力按式(1)计算。 cr，p=0. 425 2轴E 12(1 - 2) t () b 2 (1)式中， b和t分别是板材宽度和厚度，e和分别是钢材的弹性模量和泊松比，是切线弹性模量系数，=Et/E，在弹性范围内，=1. 当临界应力等于钢材屈服强度fy，=1时，得到基于屈服基准的理想的弹塑性板的板厚比： b/t=18. 35235/f橡胶y . 考虑到几何缺陷和残馀应力的不良影响，将18. 35降到15。 在热轧角度中，如果除去焊脚而仅计算平板部分，则界限值为(图1) : w t=15235/f橡胶y (2) w=b - r - t b - 2t(3)式，w和r分别为角板宽度和焊脚半径，后者可近似为与厚度t相同. 图1的山形钢肢的平板宽度Fig. 1Flat width of an angle leg命令式(1)的临界应力与部件的临界应力相等，得到的b/t为等稳定基准肢的厚度比临界值。 考虑到棒材几何缺陷对角材料应力分布的不利影响，如果在式的右端加上放大率，则为： 0. 425 2橡胶E 12(1 - 2) t () b 2= 2 E 2或b t=0. 197橡胶 (4) 式中，是棒材的纵横比放大系数的取得方法，在：部件中存在矢高l/1000的初始弯曲的情况下，中央截面的最大应力(图2 )为2) : =N A 1 lA 1000Wy () 0，取忽略了圆度的近似值，截面积A=2bt， 截面系数Wy0=橡胶2 6 b2t : =N A 1 8. 5l 1000 () b用长细比y0=120的棒材计算，取忽略圆度的肢宽与旋转半径的关系式b=4. 9iy0，在l/b=24. 5时，肢端应力为1=1. 21N/A， 山形钢根应力相应地2=0. 79N/A与该应力分布对应的手脚的稳定系数k如果用GB 500182002 冷弯薄壁型钢结 构技术规范 6 的式子计算，则为： k=0. 567-0.213 (0. 79/1.21 )0. 071 (0. 79/1.21 )2=0. 458。 该值17图2部件初始曲对应力分布的影响fig.2 efectofinitiriationcrookednessonstressdistribution与最大应力1对应，成为与平均应力对应的值时，为： k=0. 458/1. 21=0. 379 放大率设定为： =0. 425/0. 379=1. 12 . 以上计算具有近似性，不考虑轴向力和挠曲的二次效应，因此将增大到1. 2。由此，在式(4)为： b t=0. 18 4轴 (5)的式子中，切线弹性模量在式(5 : = 2 n 1 - p(1 - p ) 2 n中为： n的归一化长度比，n= fy轴E= 93 fy橡胶235； p是比例极限系数，p=(fy - rc) /fy； rc是截面上的残馀压力的最大值，当前的资料有取rc=0. 3fy的资料，也有取rc=0. 25fy的资料。 如果这里令rc=0. 27fy，则通过取与： = 2 n(1 - 0. 2 2 n) (6)不同的纵横比，将子孙加入到式(5)中，可以获得相应的手脚的纵横比的限制值，可考虑这些值与的关系来归纳简化式。 将b置换为w时，为： w/t=5235/f樫y 0. 135，该值不得小于式(2)的计算值。 总结以上的计算，轴压单角钢制的压杆不产生局部弯曲的肢体的板厚比的限制值为： w t=max(15 235/f橡胶y，5235/f橡胶y 0. 135y0) (7)应注意的是，长细比超过50的高强度钢制的压杆(Q345钢y0 62， Q460钢y0 52 )中，板厚比的限制值并非全部以235/f樫y减少，有利于高强度钢的应用。 1. 2超限杆承载力均匀受压的单角钢杆，超限指的是超过不发生局部弯曲的肢体宽幅比的限制值，超限杆的承载力是常说的弯曲后的强度。 极限值必须由式(7)决定，但该式有fy和y0两个变量，据此计算非常复杂。 因此，现在保守地偏向于以式(2)为超限标准，推测了超限运行的承载力。 弯曲后强度的计算通常以正规化肢体的宽度比p=fy / cr、樊p为参数，cr、p为板材的弹性极限应力，即式(1)为=1时给出的数值。 将b置换为w后，得到： p=w/t 18. 35 fy橡胶235，为了考虑初始缺陷不良影响，可以使用式(1)的cr， 可以想到，用1. 2除p得到的减法器： p=w/t 16. 75 fy橡胶235 (8)用棒材临界应力cr=fy替换式(8)，但是，由于棒材的厚度比的限制值采用了不挂钩棒材的长度比的式(2)，因此在此也不导入棒材稳定系数。 计算构件弯曲后的强度，最初采用有效截面法，现已取代有效屈服强度法7 。 因此，这里采用后者的方法，有效屈服强度由式(9)给出。 fye=fy(9)式中，为屈服强度的减少系数，在：=1(p0.89 ) (10 a )=1p1-0. 10() p (p 0. 89 ) (10 b )p=0. 89时，式(8)给出w/t=14. 9 235/f樊y，与式(2)的计算结果大致相同. 超限杆的承载力为： N=Afye(11 )，设计值为： N=Af(12 )式(11 )不仅使用有效屈服强度fye代替fy，还在规范表中检查稳定系数时用fye代替fy使用fye/樊235表示。 1