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1、 无加劲冷弯型钢受压构件的直接强度评价法 M. V. Anil Kumar1 and V. Kalyanaraman2摘要：冷压成型的钢构件的边缘或中间加劲构件的轴压强度受到局部变形和整体屈服的影响。为了克服传统的繁琐且耗时的一类有效截面强度的评价方法，最近的直接强度的方法最为先进。然而， 强度直接计算的方法尚未充分计算受压构件，如钢管的强度，平直通道，和只加筋的圆钢管元素组成的部分，没有边缘加劲肋或中间加劲。这些构件在破坏之前，只经历过局部和整体屈曲相互作用的过程。本文的直接强度计算方法适用性研究主要用于平直通道的压缩强度的评估，我和矩形钢管成员提出的上述方法。这项研究所使用丰富的论文实验数
2、据和其他数据是使用当前大家接受的有效宽度方法得来，这是基于局部屈曲应力考虑和相互作用而更好地估计。结果还发现直接强度法可以用来评估这些构件的受力。分类号：10.1061/ASCEST.1943-541X.0000185CE数据库标题：冷弯型钢，有效宽度，空心型材，压缩关键词：冷弯型钢，直接强度法，有效宽度法，平直通道，矩形空心截面， 截面简介 材料屈服，局部屈曲，形变屈曲，整体屈曲，并在这些模式中任何两者相互作业都会影响冷压成型钢的抗压强度。薄壁冷弯型钢受压构件整体屈曲前，局部屈曲和形变屈曲的脆弱性，需要考虑屈曲的不同模式及其相互关系的设计方法。传统上，大多数冷压成型钢受压构件的设计实践建议使
3、用有效面积，这是基于有效宽度或有效厚度。这涉及到繁琐的试验和误差计算，尤其是在构件组成的边缘或中间情况，这可能会遇到局部屈曲，形变屈曲和整体屈曲前的情况。最近的直接强度法在包括在北美规格和澳大利亚新西兰标准ASNZS4600:2005中，作为一个简单的构件使用边缘强度评价方法和或中间加强筋评估构件的强度方法，只要他们符合某些代码中指定的要求。这是基于米特加沙菲尔和Pekz 1998，汉考克等 1994，米特加沙菲尔2002，米特加沙菲尔2008和其他人的工作的。不过，目前已知的作家中，没有研究表明，还有比直接强度评价法对没有边缘或中间加劲受压构件的评估要充足。这些构件不会遇到形变屈曲，这代表正
4、常的变形截面的元素之间的折叠线。这是可取的，对于冷弯型钢受压构件的所有不同类型，使用一个统一的直接强度法，不论节和可能的屈曲模式及其相互作用的类型。这些部分没有边缘或中间加强筋，因此不易受到形变屈曲。首先，简要回顾冷弯型钢受压构件的强度评价法。随后，它是显示的力是使用有效宽度计算方法的，这考虑到元素的相互作用对局部屈曲的影响并比较和实验结果。然后节的抗压强度没有任何加强筋，在论文和其他使用目前公认的有效宽度法生成的数据（但考虑到元素的相互作用）的广泛测试结果已用于研究的直接强度法的充足。该研究评估只有在评估这些构件的直接强度法的准确性。在到达设计的部分安全系数的可靠性分析是本文的讨论范围之外。
5、此外，铰链普通通道受压构件，受到的有效截面形心轴后局部屈曲范围转移，直接强度法的适用性还没有考虑在这点。冷弯型钢受压构件设计方法薄壁冷弯型钢构件受到均匀压缩时可能会失稳，由于局部屈曲元素（图2a），畸变屈曲的边源加筋元素（图2b），整体屈曲受压构件，总截面收益率或一些相互作用模式。冷弯型钢构件设计的广泛接受的方法是有效宽度的方法。近年，另一种方法吸引了认真的研究成果，就是简单的直接强度评价法。其他设计方法包括：减少压力，有效厚度，和Q因子的方法。前两种方法，是使用最广泛的，简要回顾了下面的章节。有效宽度法在此方法中，非均匀应力分布的横截面上的轴向受压构件，局部和形变屈曲减少，从而刚度减小，是因
6、为它所占的有效面积。有效面积的交叉部分基于有效宽度法（解释局部屈曲）或有效宽度和有效厚度的组合。有效的部分用于评估整体屈曲强度。此方法是复杂、 迭代和耗时。此外，局部屈曲应力计算通常不占截面元素间的相互作用。因此，这往往导致局部屈曲应力的估计数较低。直接强度法为了克服繁琐的困难，并反复参与有效宽度法计算，直接强度法最近由美国钢铁研究所的AS/NZS4600:2005（澳大利亚标准2005）的设计推出，要么边缘唇或中间加劲形成的钢柱和梁。这是基于对Schafer和Pekz（1998年），汉考克（1994），谢弗（2002），谢弗（2008年）等人和其他人工作之上的。此方法中弹性屈曲的值成员直接和
7、畸变屈曲的优势 使用经验方程到达极限强度 成员，如下文。根据2007年。一部分的标称抗压强度，Pn 应该是Pne, Pnl和Pnd,的最小值，从下面给出的公式可以计算得出。无量纲的长径比与局部一致，变形以及整体柱形弯曲，长度，宽度分别被定义为。Pne, Pnl和Pnd=局部弹性，变形和构件的整体柱形抗弯强度分别通过一些数值法例如有限条分法，有限单元法或者是一种近似的闭合形式方程来进行评估；并且Py是指总截面的抗屈强度。直接强度法建议从Eqs.1a和1b使用构件的整体柱形抗弯强度而不是Py在局部抗压强度公式Eqs.1c和1d中来说明局部抗压在总体抗压强度中的作用。然而，直接强度法没有建议局部或整
8、体抗压强度的修正来说明变形抗压的影响，因为与2002年沙菲尔的实验数据相比，类似的修正在Eqs.1c和1d中导致了强度非常保守的价值观。目前，直接强度法完全仅仅从NAS2007的附录1的表111-1中给出的资格预审部分来评定。这些资格预审部分要么有边缘或者中间加强钢筋和进一步必须满足限制截面尺寸的要求标准。直接强度法在受压构件边缘或中间加强件的设计大大简化了这类构件的设计。但是，有一个统一的直接强度法基于为了接近所有抗压构件（包括没有边缘或中间加强钢筋的构件）将会是很理想的。直接强度法尚未评估要么没有边缘或者没有中间加强钢筋的受压抗件，例如管状，通道和空间站。这些部分不发生变形弯曲。该研究发现
9、直接强度法适合PCSs,ISs,和RHS的强度测定，在一个大的实际范围拥有截面参数。这已经被证实了，通过比较这些部分的强度，这些部分采用直接强度法通过在文学以及目前公认的EWM生成的数据中可利用的广泛的测试结果而且修改元素在弹性的局部屈曲应力的交互影响得到了评估。薄壁截面的局部屈曲应力计算弹性局部屈曲应力，crl,即加筋和非加筋板元薄壁构件的薄壁截面能使用。来计算。在式子中E=初期系数；。；w=关键元素的水平宽度；t=元素的厚度；K=弹性局部屈曲系数。弹性局部系数K的确切涵义来源于NAS2007年忽视相邻元素提供给屈曲元素的转动约束。因此，crl通过使用代码提出的K值计算通常是很保守的。自从直
10、接强度法的准确性取决于弹性屈曲强度的准确性，crl不得不考虑相邻元素导致的旋转限制的相互作用来计算。Schafer和Adany（2006）提出的CUFSM，一个基于有限条带法的可下载的软件，可用于准确地确定薄壁截面的局部屈曲应力。K的闭合形式方程尽管CUFSM用起来简单，一个闭合形式方程CFE是首选的常规设计观点。BS5090第五部分的附录1（1987年研究所）介绍了K的近似方程，来自于相邻元素提供给屈曲元素的转动限制。局部纵弯荷载Pcrl从BS5090（1987）的第五部分的方程式求得和PCS,IS和RHS图3的CUFSM结果做了很好的比较。因此，在BS5090（1987）的第五部分中给出的
11、闭合形式表达式可以用于更加准确地确定局部屈曲荷载。NAS2007评论也为加强钢筋构件的局部弹性和变形屈曲荷载给出了类似方程。因为他们不会导致没有任何加强钢筋的构件的屈曲荷载的准确值，我们已经使用在BS第五部分（1987）中的方程来准确地计算局部屈曲应力。计算不同截面局部屈曲系数的闭合形式方程如下。统一压缩下的截面的弹性局部屈曲应力能够通过使用从Eq.3求得的K值和平宽w来计算。在这个研究中提出的截面的CFE和CUFSM的局部纵弯荷载的平均值，标准差，最大值和最小值在表1中已被给出。这表明CFE预测的弹性局部屈曲应力相当准确。此外，局部纵弯荷载中的小错误对使用直接强度法计算基本的抗压强度并没有太
12、大的影响。因此，从闭合形式方程得出的局部纵弯荷载可用于所有这些构件的设计实践，而不是CUFSM。压缩下的通道，I和RHS的力量数据处理具有不同的板长径以及构件长径的通道，I，RHS截面强度的实验结果在文学中广泛存在。对固定通道压缩构件的测试结果Mulligan and Pekz（1984）；Talja（1990）；Young（1998）；Pekz （1987 ）,铰接端巨型管状构件关键等（1988）； Wilkinson and Hancock（1997）；Niemi and Rinnevalli（1990） , 以及铰接端 ISs Kalyanaraman 等（1979）在这个研究中已被使用
13、。最初的实验结果被用来评估EWM的适用性来计算由于局部屈曲，整体屈曲或这两种模式的结合导致这种构件的强度失败。局部屈曲强度的价值，在有效宽度法中要求的，已经使用被成为EWM-CUFSM的CUFSM以及被称为EWM-NAS的NAS2007方程来评定。在EWM-CUFSM中关键元素的局部屈曲系数K是从使用CUFSM获得的局部屈曲应力crl计算而来。但对于临界截面的非关键元素，使用对应铰链的边界条件。在EWM-NAS中，局部屈曲系数4.0和0.43分别用于加筋和非加筋压缩元素。对于整体屈曲强度，使用有效长度系数。局部屈曲强度的最终边界条件可以忽略，因为多数板长宽比也忽略了。试验和有效宽度法的比较在表
14、2和图4-6中可以看到。使用EWM-CUFSM计算强度与实验结果比较比在EWM-NAS基础上更好。从EWM-CUFSM中得到的以及从测试中得到的强度的平均值，标准值，最大和最小值的比值在表2中已被给出。因此，尽管有效宽度法是很冗长的并且耗时长，但我们可以看到只要元素相互作用在评定关键元素的屈曲应力中被考虑到它就能准确地计算这种构件强度。虽然有大量的测试结果，但这些结果不包括实际整个利益范围内构件尺寸。额外的测试是很昂贵并且费时的。尽管以测试结果为标准的有效元素模拟可用于生成额外的数据，有效元素模拟方法本身可以在相比Young和Yan（2002）的测试数据10%-10%的范围内给出一个错误。有效
15、宽度法和表2的测试结果比较表明从有效元素模拟开始在有着相同精确度均匀压缩下，EWM-CUFSM可用于生成构建强度数据。尽管新的设计方法和现有的实际方法比较有局限性，但在这项研究中，EWM-CUFSM用于为PCS，IS和RHS截面生成额外的数据来和DSM比较由于充分的EWM-CUFSM测试结果的验证，前面介绍的。截面的尺寸，随着一个大的利益改变应用于研究中，在表3中被给出。直接强度法的测试与有效宽度法的结果比较在这部分直接强度法被用于评估PCS，RHS和IS抗压构件的强度。像之前讨论过的，在文献中可利用的测试结果被用来做比较。截面的局部弹性屈曲荷载，在直接强度法中要求的，使用CUFSM,CFE和NAS2007三个备选方案来计算。至于Pcrl-NAS，局部屈曲应力总结在这项研究中直接强度法对不具有加强钢筋因而不受变形屈曲的PCS，ISs和RHS强度的是很实用的。据观察，直接强度法也可以适用于计算没有边缘或者没有中间加强钢筋的这种抗压构件的强度。测试结果和EWM-CUFSM结果的比较研究已经表明直接强度法在可接受的精确度范围内预测这些抗压构件强度，达到了实用的目的。
