初弯曲对T形闭口截面钢柱整体稳定性的影响

徐利丽

（浙江建设职业技术学院建筑工程系，浙江 杭州 311231）

建筑结构

初弯曲对T形闭口截面钢柱整体稳定性的影响

徐利丽

（浙江建设职业技术学院建筑工程系，浙江 杭州 311231）

利用有限元分析，研究初弯曲对T形闭口截面异形钢柱整体稳定性的影响，获得钢柱在不同长细比时的极限荷载值及相应的曲线，进而可以通过曲线来发现初弯曲对T形闭口截面异形钢柱的影响。

T形闭口截面；整体稳定性；初弯曲

对比混凝土结构，钢结构有着强度高、质量轻、施工速度快等优点，因此目前钢结构也越来越多地被用于住宅建筑［1］。传统的钢结构建筑采用H形截面的钢柱，存在柱角突出的问题，这就很大程度减少了使用面积；然而，在边柱处采用T形闭口截面钢柱可避免此问题，可致使用面积增加8%～10%［2］。

实际工程中的钢柱不可避免地会存在初始缺陷，令钢柱的极限荷载低于理论解，而对稳定影响最大的则是初弯曲，故对此进行研究。

本文通过ANSYS分析研究初弯曲对T形闭口截面钢柱整体稳定性的影响，无量纲化后得到钢柱在不同长细比时的极限荷载值，及相应的曲线。

1 T形闭口截面钢柱整体稳定性的有限元分析

1.1 计算简图

T形闭口截面异性钢柱的截面形式及各部位尺寸见图1。

图1 T形闭口截面计算简图

通过理论解与特征值屈曲分析的结果对比，说明本文的建模方法可行［3］。

1.2 非线性屈曲分析

根据文献［4］，考虑初弯曲为柱高的1/1 000，为了分析不同程度初弯曲对T形钢柱的影响，另取柱高的1/700为初弯曲进行对比分析。根据特征值屈曲的一阶模态来完成初弯曲的模拟，采用Q1、Q2、Q3三种截面，a×b×c×t 的值各为240×200×300 ×20、240×120×300×20、240×400×300×20。 为了便于比较，针对三种截面钢柱选取不同的计算长度，使长细比变化区间基本相同，取用的长细比范围为16～140。通过理论分析已得知Q1、Q2属于绕非对称轴的弯曲屈曲，Q3则属于绕对称轴失稳，通过这三种不同截面的钢柱，可研究初弯曲对两种失稳形态的不同影响以及不同长细比钢柱对初弯曲的敏感 程度。

Q1、Q2和Q3在初弯曲为1/1 000及1/700时的特征值屈曲荷载、极限荷载见表1～3。

表1 Q1的屈曲荷载

表2 Q2的屈曲荷载

表3 Q3的屈曲荷载

Q1、Q2、Q3三种截面在以上两种不同程度的初弯曲下进行ansys非线性分析，得到曲线，见图2。并绘制极限荷载随长细比下降情况图，见图3。从两曲线图得到如下结论：

图2 不同几何缺陷下的?-Pc　r　/Py

图3 极限荷载下降情况

1）分析Q1、Q2曲线，Q1、Q2两种截面钢柱的极限承载力下降曲线几乎相同，因此说明初弯曲对同类型失稳的钢柱影响程度基本一样。分析其原因：初弯曲相当于施加了一个初偏心的力，初弯曲的取值主要由钢柱长度确定，也就是当长细比相同时，截面面积大的钢柱其初偏心也随着增大，因此得到的极限承载力下降程度曲线基本一致。

2）分析Q1、Q3曲线，绕非对称轴弯曲失稳的钢柱对于初弯曲更为敏感。分析其原因：绕非对称轴失稳的钢柱，产生弯曲屈曲，即与初弯曲是一种模态的叠加；绕对称轴失稳的钢柱，产生弯扭屈曲，与初弯曲并不是简单的叠加，因此绕非对称轴屈曲的钢柱受初弯曲的影响较大。

3）长细比越大，钢柱受初弯曲的影响越小。分析其原因：长细比大的钢柱在弹性状态时的极限荷载较小，达到极限承载力时的位移较大，因此长细比越大的钢柱受初弯曲的影响越小。

4）初弯曲从1/1 000增大到1/700，钢柱的屈曲荷载有所下降。也就是初弯曲增大43%，Q1、Q2下降最大值为4.95%，Q3下降最大值为6%。因此相比较初弯曲的增大率，屈曲荷载的下降率很低。在设计时，适当考虑初弯曲大小，承载力的误差不会相差太大。

2 结 语

1）初弯曲对同类型失稳的钢柱影响程度基本一样。

2）绕非对称轴弯曲失稳的钢柱对于初弯曲更为敏感。

3）长细比越大，钢柱受初弯曲的影响越小。

4）在设计时，适当考虑初弯曲大小，承载力的误差不会相差太大。

［1］ 王萌，樊江，焦义.钢异形柱L形截面的受力分析与改进方案［J］.科学技术与工程，2012，12（10）∶12.

［2］ 蒋诗莹，黄呈伟.钢异形柱T形截面几何参数计算［J］.科学技术与工程，2010，10（28）∶6918-6924.

［3］ 赵滇生，徐利丽. T形闭口截面钢柱整体稳定性分析［J］.浙江建筑，2014，31（7）∶20-23.

［4］ 北京钢铁总院设计研究总院.GB 50017—2003钢结构设计规范［S］.北京∶中国计划出版社，2003.

Effect of Initial Bending to the Stability of T-Shaped Closed Section Steel Column

XU Lili

TU224；TU323.1

A

1008-3707（2016）08-0001-02

2016-04-27

徐利丽（1988—），女，浙江杭州人，助教，从事建筑结构教学工作。