圖1　張力場模型及框架機(jī)制

　　應(yīng)用張力場法，內(nèi)外加勁受剪板的極限剪力可由式(1)確定，即

V_bb=2［h₀t_wτ_bb+0.9(gt_wσ_bbsinφ)］/γ_R　　(1)

式中，γ_R為抗力分項系數(shù)，σ_bb為張力場拉應(yīng)力，且有

σ_bb=(f²_y-3τ²_bb+ψ²)^0.2-ψ　　(2)

而

ψ＝1.5τ_bbsin2(3)

τ_bb為受剪板的臨界剪應(yīng)力，可由式(4)確定：

(4)

式中，f_vy為腹板的剪切屈曲強(qiáng)度，λ_s為腹板抗剪時的換算高厚比，考慮翼緣對腹板的嵌固影響系數(shù)χ_s＝1.23后，有

的取值范圍為，一般可取=θ/1.5。
　　當(dāng)腹板區(qū)格幅面比率a/h₀變化時，公式(4)與我國現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GBJ17-88)的比較見圖2所示?！　?/FONT>

圖2　公式(4)與“規(guī)范”(GBJ17-88)的比較
(a)-a/h₀=1.0；(b)-a/h₀=2.0
1-本文公式(4)；2-GBJ17-88公式

　　本文將9根典型梁的極限強(qiáng)度的理論計算值與公式(1)(γ_R=1.0)及美國“規(guī)范”(AISC-LRFD-1993)作了比較，計算結(jié)果如表1所示。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，焊接箱形梁腹板存在較大的屈曲后強(qiáng)度可以利用，并且應(yīng)用本文提出的簡化分析方法是安全可行的。

表1　受剪腹板極限強(qiáng)度計算結(jié)果對比　　kN

200.0

　　正應(yīng)力作用下腹板屈曲后強(qiáng)度的機(jī)理與受剪板不同^［1］，它主要依靠橫向薄膜拉力對變形的約束作用而提高其承載力，屈曲后強(qiáng)度的計算通常采用有效截面的辦法。有效寬度的分布原則是：受拉區(qū)全部有效，受壓區(qū)應(yīng)力大的一側(cè)有效寬度小于應(yīng)力小的一側(cè)。梁腹板截面的應(yīng)力分布如圖3所示。

圖3　正應(yīng)力分布模式

對于圖3所示情況：

　?。?）

對于內(nèi)外加勁的箱形梁，其有效寬度系數(shù)ρ的計算公式可如下確定：

λ_b為腹板抗彎時的換算高厚比，由于箱形梁整體穩(wěn)定性好，取χ_b=1.61，則有

　?。?）

公式(7)與“規(guī)范”(GBJ17-88)的比較如圖4所示。

圖4　公式(7)與“規(guī)范”(GBJ17-88)的比較
1-本文公式(7)； 2-GBJ17-88公式

有效截面確定以后，截面的*抵抗彎矩M_e可以確定，即

(9)

式中，Wec及W_et分別為有效截面受壓及受拉抵抗矩。
　　應(yīng)用本節(jié)所述簡化分析方法對8根箱形梁在純彎曲作用下的極限荷載進(jìn)行了分析，并與理論計算結(jié)果進(jìn)行了比較， 如表2所示。由表2可以看出，采用簡化分析方法是安全可行的。

表2　箱形梁(單肋或雙肋)在純彎曲作用下的極限荷載　　kN*m

1530.6

1231.6

1013.2

810.7

1410.3

1151.5

941.9

733.9

3　箱形梁腹板在彎剪作用下的屈曲后強(qiáng)度

　　如果在計算時將翼緣與腹板分開考慮，即認(rèn)為彎矩由翼緣承受，剪力由腹板承受。這樣，箱形梁即使同時受有彎矩M及剪力V的作用，也無須考慮二者的相關(guān)屈曲，但這樣設(shè)計偏于保守。經(jīng)濟(jì)的做法應(yīng)是考慮翼緣及腹板的相互作用，即認(rèn)為腹板也可以承受一部分彎矩，翼緣也通過對腹板的框架約束作用承受部分剪力。這樣，箱形梁在彎剪共同作用下就必須考慮相關(guān)屈曲的問題。
　　本文參考我國現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GBJ17-88)、美國《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(AISC-LFRD-1993)、歐洲《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(EC3-ENV-1993)及英國BS5400規(guī)范板梁結(jié)構(gòu)的腹板在彎剪共同作用下相關(guān)曲線的規(guī)定，根據(jù)理論計算結(jié)果，提出了使用于箱形梁腹板在彎剪共同作用下相關(guān)屈曲的相關(guān)曲線，如圖5所示。圖5中，V_o及V_d分別為不考慮及考慮翼緣對腹板的約束作用時的極限剪力，M_o及M_d分別為翼緣截面屈服彎矩及全截面屈服彎矩。

圖5　彎矩與剪力的相關(guān)作用曲線

　　相關(guān)曲線的說明如下：①當(dāng)V≤V_o且M≤M_o時，V和M單獨作用，不考慮二者的相關(guān)性。②當(dāng)V≤0.5V_o時，M≤M_d。③當(dāng)V＞0.5V_o且V≤V_o時，M≤。④當(dāng)V＞V_o時，V≤V_d。
　　利用上述相關(guān)曲線，作者對97根箱形梁承受的剪力V及彎矩M進(jìn)行了驗算，結(jié)果證明本文提出的相關(guān)曲線是安全可行的。

4　結(jié) 論

　　通過對箱形梁腹板屈曲后性能的分析研究，可以得出以下幾點結(jié)論：
　　(1)通過對比可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用本節(jié)提出的簡化分析方法是安全可行的，但尚需進(jìn)行大量的試驗研究，以便為規(guī)范修訂提供更有力的依據(jù)；
　　(2)通過與“規(guī)范”GBJ17-88的比較可以看出，本文采用的臨界剪力及極限彎矩的公式更合理；
　　(3)承受動力荷載作用的箱形梁(如吊車梁)腹板尚需考慮在循環(huán)荷載作用下重復(fù)屈曲的疲勞破壞性能，其彈塑性本構(gòu)模型也需加以修改，有關(guān)這方面的理論分析與試驗研究有待深入。

選自《工業(yè)建筑》