波紋腹板H 型鋼和普通H 型鋼壓彎計算中的不同分析

■于大程，張惠武，張 哲 ■鄭州大學土木工程學院，河南 鄭州 450001

普通H 型鋼分為軋制H 型鋼和焊接H 型鋼，而軋制H 型鋼受到軋制條件的限制，腹板的高厚比都較小;而焊接H 型鋼梁，為了保證屈服前不發生屈曲，腹板高厚比不能過大，并需要通過設加勁肋等措施來增強腹板的穩定性，這些因素都造成普通型鋼的腹板用鋼量較大。波紋腹板H 型鋼是一種腹板用波紋鋼板代替平腹板的H 型鋼，可以在厚度較小(1～3mm)的情況下，不使用加勁肋就能夠具有較高的平面外剛度和剪切屈曲強度。波紋腹板H 型鋼的腹板用鋼量一般占到整個構件的25%左右，最低甚至低至4%，而腹板高厚比可以達到600。所以，波紋腹板H 型鋼具有良好的受力性能及優越的經濟性，應用前景比較可觀。下面以上下翼緣對稱的波紋腹板H 型鋼和普通H 型鋼壓彎構件為例，根據《鋼結構設計規范》(GB50017—2003)和《波紋腹板鋼結構技術規范》(CECS291—2011)所給出的公式進行分析比較。

1 壓彎構件強度計算

在彎矩作用平面內，波紋腹板和平腹板H 型鋼的強度計算公式是一致的:

但對波紋腹板H 型鋼截面繞強軸和弱軸的塑性發展系數γx，γy可以分別取為1.0 和1.2，而普通的H 型鋼當受壓翼緣的自由外伸寬度與厚度之比超過的塑性發展系數γx，γy取為1.05 和1.2，對強軸而言波形腹板H 型鋼的塑性發展系數有所降低，也就是說不考慮截面部分塑性發展，計算時應當注意。而普通H 型鋼梁當受壓翼緣的自由外伸寬度與厚度之比大于而不超過時和波紋腹板H 型鋼梁強軸的塑性發展系數相等都是1.0。

2 壓彎構件彎矩作用平面內整體穩定計算

其中是彎矩作用平面內對受壓構件的整體穩定系數，按照換算長細比確定，也就是說需要考慮腹板剪切變形的影響，W1x在彎矩平面內對受壓纖維的毛截面模量，但是由于腹板的折疊效應，所以忽略了腹板貢獻。

3 壓彎構件彎矩作用平面外整體穩定計算

對于壓彎構件彎矩作用平面外的整體穩定公式都為:

但是對于波紋腹板H 型鋼W1x參數的取值是在彎矩平面內對受壓纖維的毛截面模量，忽略了腹板貢獻;其余參數取值方法相同。

4 壓彎構件彎矩作用在兩個主軸平面整體穩定計算

雙軸對稱實腹式普通H 型鋼的壓彎構件，穩定性按:

其中φx，φy是對強軸(x-x)和弱軸(y-y)的軸心受壓構件的整體穩定性系數;φbx，φby均勻彎曲的受彎構件的整體穩定性系數，Wx，Wy對強軸和弱軸的毛截面模量;η 截面影響系數;

而彎矩作用在兩個主平面內的等截面波紋腹板壓彎構件，其穩定性按:

兩個式子算出，Wx，Wy對強軸和弱軸的毛截面模量，忽略腹板部分;對于強軸穩定性計算時由于γx=1.0，計算時忽略不計;前面的系數波紋腹板H 型鋼是由對強軸和弱軸的軸心受壓構件的整體穩定性計算得到的，需要考慮相應的長細比，而普通的H 型鋼前面的系數是固定值0.8，不需要考慮長細比對結構所造成的影響。

5 結論

通過分析波紋腹板H 型鋼的壓彎計算和普通H 型鋼壓彎計算之間的的差別，對波紋腹板H 型鋼的計算相對保守?，對結構而言安全性相對較高，并且在計算彎矩平面內整體穩定性時波紋腹板H 型鋼的計算需要考慮在彎矩作用平面內的換算長細比進行計算，計算需要考慮換算長細比對構件的整體穩定性在軸力作用下對整體穩定性的影響。目前，雖然大部分在工程上應用的都是H 型鋼或者是工字形鋼，但是波紋腹板H 型鋼良好的受力性能，良好的抗疲勞性能，優越的經濟性已經受到了各國研究者的充分肯定。因此在工程的應用上，波紋腹板H 型鋼會逐漸取代普通的H 型鋼或者是工字鋼。

［1］中華人民共和國建設部.鋼結構設計規范(GB50017-2003)［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［2］中國工程建設標準化協會.波紋腹板鋼結構技術規范(CECS291:2011).北京:中國計劃出版社，2011.

［3］張哲，李國強，孫飛飛.波紋腹板H 型鋼研究綜述［J］.建筑鋼結構進展，2008，10(6).

［4］李國強，張哲，孫飛飛.波紋腹板H 型鋼抗剪承載力［J］.同濟大學學報(自然科學版)，2009，37(6).

［5］趙順波.鋼結構設計原理(第二版).鄭州大學出版社，2013.