科研開發(fā)焊接箱形截面短柱穩(wěn)定承載力及設(shè)計(jì)方法
1  概述
    近年來，多層鋼結(jié)構(gòu)住宅、辦公樓、超市及低層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房在我國得到了廣泛應(yīng)用，箱形截面作為這些結(jié)構(gòu)的框架柱顯示出了較好的經(jīng)濟(jì)性。對于低、多層鋼結(jié)構(gòu)框架柱，如果截面板件的寬厚比仍然按照J(rèn)GJ  99 - 98《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》‘1 1及GB 50011-2001《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》L2J的有關(guān)條款執(zhí)行則必然會造成巨大的材料浪費(fèi)，也很難發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度高、延性好的優(yōu)勢。因此，對低、多層鋼結(jié)構(gòu)框架柱，為了提高截面的結(jié)構(gòu)效益及設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)適當(dāng)放松箱形截面的壁板寬厚比限值。本文旨在這一背景下，不限定箱形截面壁板寬厚比的取值條件．研究截面的穩(wěn)定承載力與其幾何參數(shù)的關(guān)系，為這類構(gòu)件的設(shè)計(jì)提供可靠的理論依據(jù)。
    關(guān)于箱形截面柱，當(dāng)考慮構(gòu)件壁板局部失穩(wěn)后的穩(wěn)定承載力計(jì)算時，GB 50017- 2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》口一計(jì)算條款仍然沿用老規(guī)范對有效截面的規(guī)定，即箱形截面的有效截面按腹板高度邊緣范圍內(nèi)兩側(cè)寬度各為20t。（￡。為腹板厚度。）計(jì)算；很顯然，這一規(guī)定忽略了截面邊長比及壁板寬厚比的影響，計(jì)算結(jié)果必然會產(chǎn)生較大的誤差。在截面局部失穩(wěn)及局部失穩(wěn)后，箱形截面（短柱段）的邊長比反映了各板件之間的相互約束關(guān)系，它直接影響著壁板的局部失穩(wěn)屈曲系數(shù)及截面的屈曲后穩(wěn)定承載力。
壁板的寬厚比反映了局部失穩(wěn)荷載的大小及局部失穩(wěn)后承載力的發(fā)揮潛能。板件寬厚比愈小，極限承載力愈接近其全截面屈服荷載。板件寬厚比愈大，局部失穩(wěn)荷載愈小，但屈曲后繼續(xù)承載的潛力愈大。對于焊接箱形截面構(gòu)件，初始缺陷（包括初始撓度及殘余應(yīng)力）對其穩(wěn)定承載力的影響程度也與壁板的寬厚比有關(guān)。板件寬厚比愈大，其影響愈大，反之愈小。
    對于不允許壁板發(fā)生局部失穩(wěn)的構(gòu)件而言，其設(shè)計(jì)一般要進(jìn)行截面的強(qiáng)度驗(yàn)算及構(gòu)件的穩(wěn)定承載力驗(yàn)算。但是，對于允許壁板發(fā)生局部失穩(wěn)的構(gòu)件而言，截面的強(qiáng)度驗(yàn)算已經(jīng)通過驗(yàn)算截面（即短柱段或短梁段）的整體穩(wěn)定承載力取而代之。二者的最大區(qū)別是，前者是一截面上的強(qiáng)度驗(yàn)算，后者是一短柱段或短梁段考慮局部失穩(wěn)后的穩(wěn)定承載力計(jì)算，
其分析的工作量和難度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過前者。
    對于焊接箱形截面構(gòu)件穩(wěn)定承載力的研究，已有的成果一。1明多根據(jù)單塊板的有限元分析結(jié)果擬合其有效截面，尚沒有考慮截面的邊長比、壁板寬厚比及初始缺陷的相互影響。本文通過應(yīng)用板殼單元，在大撓度彈塑性范圍內(nèi)可以精確地分析箱形截面的穩(wěn)定承載力，考慮它們之間的相關(guān)作用，提出考慮局部失穩(wěn)的箱形截面設(shè)計(jì)公式。