冷弯薄壁型钢拼合箱形截面立柱轴压性能试验研究:冷弯薄壁型钢结构技术规范

　　摘 要：对17根冷弯薄壁型钢拼合箱形截面立柱的轴压性能进行试验研究，截面分为A、B两类，得到了各试件荷载位移曲线和破坏特征，并将试验结果与《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018－2002)“有效宽厚比法”和美国相关规范中“直接强度法”、“有效截面法”计算结果进行对比分析。结果表明：LC和MC系列立柱的破坏模式为整体弯曲屈曲，SC系列立柱则为局部屈曲和端部承压破坏；B类试件的最大承载力大于A类截面试件的最大承载力的2倍，即有“1+1＞2”的拼合效应；对于A类截面LC系列立柱，GB 50018和AISI规范公式计算结果过于保守，而对于MC和SC系列试件，公式计算结果与试验结果比较吻合；对于B类截面LC和MC系列试件，公式计算结果偏于不安全，而SC系列试件，公式计算最大承载力偏于安全。
　　关键词：冷弯薄壁型钢；拼合箱形截面立柱；轴压；试验研究；承载力；直接强度法；有效宽度法
　　中图分类号：TU392.5
　　文献标志码：A
　　文章编号：1674-4764（2012）04-0046-07
　　Experimental Analysis on Behavior of Cold-formed Steel Box Built-up Section Columns under Axial Compression
　　NIE Shaofeng1, ZHOU Tianhua1, YUAN Taotao2, GAO Tingting1, WU Hanheng1
　　(1.School of Civil Engineering, Changan University, Xian 710061, P.R.China;
　　2. XiAn Engineering ＆ Research Institute of Nonferrous Metals, Xian 710001, P.R.China)
　　Abstract:17 specimens of cold-formed steel box built-up setion columns were tested under axial compression load. The section forms were divided into two categories: A and B. Load-displacement curves and failure characteristics of specimens were obtained. The test results are compared with the caculated results according to “effective ratio of width to thickness” in code of “Technical code of cold-formed thin-wall steel structures” (GB 50018－2002), “effective section method” and “direct strength method” in AISI specification. The results show that: the failure characteristics of LC and MC series columns are overall flexural buckling, while SC series columns are local buckling and ends confined damage. The ultimate bearing capacity of B categories section columns is three times as great as that of A categories section columns, so it has the effect of “1+1＞2”. The results calculated according to “GB50018” and AISI specification are much conservative for LC series columns of A categories section, while in agreement with test results for MC and SC series columns. For B categories section columns, the calculated results are non-conservative for LC and MC series columns, while conservative for SC series columns.
　　Key words:cold-formed steel; box built-up section column; axial compression; experimental study; bearing capacity; direct strength method; effective width method
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　　近年来，冷弯薄壁型钢结构住宅在中国得到迅速发展，并应用于汶川地震灾后重建工程中。具有复杂截面形式的冷弯薄壁型钢拼合箱形截面立柱作为冷弯薄壁型钢结构住宅体系的主要承重构件，常用于墙体边角和门窗洞口等需要加强的部位，该类拼合立柱由C型和U型冷弯薄壁型钢基本构件通过自攻自钻螺钉连接而成［1-2］。
　　Peters［3］通过试验研究不同螺钉间距下闭合箱形截面立柱（C和U型冷弯薄壁型钢构件拼合而成）的受压性能表明：螺钉间距对该类箱形拼合截面立柱的极限承载力影响较大。Young等［4］对由2个Σ型冷弯薄壁型钢基本构件通过自攻自钻螺钉在翼缘处连接而形成的闭合箱形截面立柱的轴压性能进行了相关试验研究，并对直接强度法计算该类截面柱的有效性进行了分析。澳洲AS/NZS规范［5］和北美AISI规范［6］规定对于冷弯薄壁型钢双肢拼合截面立柱轴压承载力均采用修正长细比的方法计算。Stone等［7］对32根由2个C型冷弯薄壁型钢基本构件通过自攻自钻螺钉背靠背连接而成的工型截面立柱进行了轴压试验研究，并将试验结果与与北美AISI规范［6］相关公式计算结果进行对比分析。Whittle［8］对由C型槽钢通过不同电焊方式和间距连接而成的拼合箱形截面立柱轴压承载力的试验研究表明：北美AISI规范［6］中修正长细比的设计方法计算该类闭合截面柱的轴压承载力偏于保守。Wilson等［9］对48根由2个C型冷弯薄壁型钢基本构件通过焊接而成闭合箱形截面试件的受压性能进行了相关试验研究。武胜等［10］采用有限元分析方法，对翼缘对焊箱形组合截面和翼缘叠焊箱形组合截面的两类受压构件进行了数值分析，研究表明：两类新型截面构件比单肢截面构件能够显著提高截面平均应力。郭彦林等［11］对具有翼缘卷边的工形截面构件的轴压受力性能进行了相关研究，在大量数值分析结果的基础上，归纳总结出了卷边工形构件在轴向压力作用下的稳定承载力设计公式。周天华等［12-13］对G550级高强冷弯薄壁型钢方管截面轴压长柱和短柱进行了试验研究，并给出了高强冷弯薄壁型钢方管截面柱按中国《冷弯薄壁型钢结构技术规范》［14］（GB 50018－2002）（以下简称GB 50018）计算有效宽度时的建议。GB 50018规范对于C型和U型截面拼合立柱的设计规定尚未提及。