▲
点击土木吧来关注我们
点击加入会员
▼
来源：广东省院结构安全顾问
近年来，人们对建筑外观的要求日益增长，钢结构的应用也随之增多。在钢结构发展得如火如荼的同时，由于钢结构失稳所导致的工程事故也不时发生。因此，钢结构的稳定性验算逐渐成为了钢结构设计中重要的一环。
图 1钢结构工程中的失稳事故
本文以单轴对称工字钢梁在双弯曲作用下的稳定性分析为例，针对《钢结构设计标准》（GB 50017-2017）（以下简称《钢标》）第6.2节及附录C给出的钢结构梁在平面内弯曲作用下稳定性验算公式的适用性进行浅显的讨论。
根据《钢标》第6.2.2条，在最大刚度主平面内受弯的构件，其整体稳定性应按下式计算：
式中，Mx为绕强轴作用的最大弯矩设计值，
为梁的整体稳定性系数，Wx为按受压最大纤维确定的梁毛截面模量，f为钢材的抗压强度设计值。为了方便解释，将临界弯矩
定义为
。其中，《钢标》附录C对梁的整体稳定性系数计算有详细要求。
根据《钢标》附录C的C.0.1，等截面焊接工字形和轧制H型钢简支梁的整体稳定性系数应按下列公式计算：
式中，
为梁整体稳定的等效弯矩系数，
为梁在侧向支承点间对截面弱轴的长细比，A为梁的毛截面面积，h和t1分别为梁截面的全高和受压翼缘厚度，
为截面不对称影响系数。当算得的
大于0.6时，应按下式
代替
：
在
计算公式中，有两个比较重要的系数，一是梁整体稳定的等效弯矩系数
，二是截面不对称影响系数
。
根据附录C的表C.0.1，当梁端有弯矩，但跨中无荷载作用时：
。当
（b1为受压翼缘宽度）计算所得结果为0.5~1.0时，
尚需乘以0.95。根据附录C的公式C.0.1-4和C.0.1-5：
式中，I1和I2分别为受压翼缘和受拉翼缘对弱轴的惯性矩。当在实际工程中，工字钢梁在端弯矩作用下产生反向曲率时，在整根梁中既存在长翼缘受压部分，也存在短翼缘受压部分。此时该如何对规范进行应用，值得去探讨。
某焊接工字钢梁长12000mm，梁总高400mm，上翼缘宽200mm，下翼缘宽150mm，翼缘厚度为10mm，腹板厚度为6mm。此时，工字钢梁端部弯矩比值为
，工字钢梁产生反向曲率弯曲，其截面大小及荷载情况示意图如图 2至图 4所示。
采用Abaqus模拟该工字钢梁及所受荷载与边界条件，运用屈曲分析模块对该工字钢梁进行屈曲分析，计算所得临界弯矩大小为86kNm。
图 5 Abaqus屈曲分析第一模态结果
当采用《钢标》公式对该情况下的工字钢梁进行计算时，的计算公式可以取长翼缘受压计算公式，也可以取短翼缘受压计算公式。当采用长翼缘受压计算公式计算所得临界荷载为124kNm，相比于有限元分析结果大44%。当采用短翼缘受压计算公式计算所得临界荷载为84kNm，相比于有限元分析结果小2%。其对比汇总表如表 1所示。
表 1 屈曲分析结果汇总表
计算方法 |
临界荷载 |
与有限元分析结果的相差值 |
S4R单元 |
86kNm |
-- |
《钢标》按长翼缘受压计算 |
124kNm |
44% |
《钢标》按短翼缘受压计算 |
84kNm |
-2% |
的取值并未给出规定，以及对式C.0.1-4中的系数0.8未给出取值依据。通过算例，将《钢标》两种
取值计算结果与有限元分析结果进行对比，发现有限元分析结果处于《钢标》按长翼缘受压计算与按短翼缘受压计算结果之间，其中按长翼缘受压计算结果大于有限元分析结果，按短翼缘受压计算结果小于有限元分析结果。因此，为了保守设计，在实际工程应用中，针对单轴对称截面的工字钢梁在产生反向曲率弯曲的情况，可取两种情况下
的最小值进行计算，必要时可以对特殊部位进行三维有限元分析。
勘察设计大师、规范主编
权威解答您的疑惑
长按识别（或微信扫描）二维码立即进入
▼
往期导读
▼
