異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性能的多維度探究一、引言1.1研究背景與目的隨著現(xiàn)代建筑行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)建筑材料的性能和結(jié)構(gòu)形式提出了更高的要求。冷彎薄壁型鋼作為一種高效、經(jīng)濟(jì)的建筑材料，因其具有重量輕、強(qiáng)度高、加工方便、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，在建筑、機(jī)械、汽車等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。尤其是異形截面冷彎薄壁型鋼，通過(guò)對(duì)截面形狀的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠在滿足結(jié)構(gòu)受力要求的同時(shí)，有效提高材料的利用率，進(jìn)一步減輕結(jié)構(gòu)自重，降低成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。在實(shí)際工程中，軸壓構(gòu)件是常見(jiàn)的受力構(gòu)件之一，其穩(wěn)定性能直接關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件由于截面形狀的復(fù)雜性，其受力性能和破壞模式與傳統(tǒng)的型鋼軸壓構(gòu)件存在顯著差異。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的研究還相對(duì)較少，相關(guān)的設(shè)計(jì)理論和方法尚不完善，在實(shí)際工程應(yīng)用中缺乏足夠的理論依據(jù)和技術(shù)支持。因此，深入研究異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性能，對(duì)于完善冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論，推動(dòng)其在工程中的廣泛應(yīng)用具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。本文旨在通過(guò)試驗(yàn)研究、數(shù)值模擬和理論分析等方法，系統(tǒng)地研究異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性能，分析其受力機(jī)理和破壞模式，探討影響其整體穩(wěn)定性能的主要因素，提出合理的設(shè)計(jì)建議和計(jì)算方法，為異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的工程應(yīng)用提供可靠的理論依據(jù)和技術(shù)支持。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)冷彎薄壁型鋼的研究起步較早，在異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件方面也取得了一定的成果。在試驗(yàn)研究方面，一些學(xué)者對(duì)不同截面形式的冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件進(jìn)行了試驗(yàn)。PetersGK通過(guò)對(duì)C形和U形構(gòu)件組成的拼合截面立柱進(jìn)行受壓性能試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)螺釘間距對(duì)雙肢拼合柱受力性能影響較大。StoneTA對(duì)由兩個(gè)C形冷彎薄壁型鋼連接的工字形型截面立柱進(jìn)行軸壓性能試驗(yàn)研究，并與北美AISI標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。理論分析上，國(guó)外學(xué)者提出了多種用于計(jì)算冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件穩(wěn)定承載力的理論方法。有效寬度法是早期廣泛應(yīng)用的一種方法，該方法通過(guò)考慮板件局部屈曲后截面的有效寬度來(lái)計(jì)算構(gòu)件的承載力。隨著研究的深入，直接強(qiáng)度法逐漸受到關(guān)注，其不依賴于有效寬度的概念，而是直接通過(guò)構(gòu)件的彈性屈曲應(yīng)力和相關(guān)系數(shù)來(lái)計(jì)算極限承載力。北美AISI標(biāo)準(zhǔn)和澳洲AS/NZS標(biāo)準(zhǔn)在冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面較為成熟，其中對(duì)軸壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)規(guī)定包含了對(duì)不同截面形式和受力情況的考慮，采用修正長(zhǎng)細(xì)比等方法來(lái)計(jì)算雙肢拼合冷彎薄壁型鋼截面立柱軸壓承載力。數(shù)值模擬方面，有限元分析方法在冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件研究中得到了廣泛應(yīng)用。通過(guò)建立有限元模型，可以模擬構(gòu)件在軸壓作用下的受力過(guò)程、變形情況以及破壞模式，從而深入分析各種因素對(duì)構(gòu)件性能的影響。例如，利用有限元軟件可以考慮材料非線性、幾何非線性以及接觸非線性等因素，更加真實(shí)地反映構(gòu)件的實(shí)際工作狀態(tài)。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)對(duì)冷彎薄壁型鋼的研究近年來(lái)發(fā)展迅速，在異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件研究領(lǐng)域也取得了不少成果。試驗(yàn)研究上，眾多學(xué)者開(kāi)展了相關(guān)試驗(yàn)。如楊東華等對(duì)不同長(zhǎng)細(xì)比的8根四肢拼合冷彎薄壁型鋼截面立柱進(jìn)行軸壓性能試驗(yàn)研究，分析了長(zhǎng)細(xì)比、連接螺釘間距、截面翼緣寬厚比等因素對(duì)構(gòu)件性能的影響。王群對(duì)開(kāi)口雙肢冷彎薄壁型鋼拼合截面立柱進(jìn)行軸壓性能試驗(yàn)研究和理論分析，發(fā)現(xiàn)采用我國(guó)《冷彎薄壁鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》和北美AISI標(biāo)準(zhǔn)中的有效寬度法計(jì)算開(kāi)口雙肢冷彎薄壁型鋼拼合截面立柱的穩(wěn)定承載力偏于保守。理論分析方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者在借鑒國(guó)外研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況進(jìn)行了深入研究。對(duì)于異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力計(jì)算，部分學(xué)者對(duì)傳統(tǒng)的有效寬度法進(jìn)行改進(jìn)，考慮板組效應(yīng)、冷彎效應(yīng)等因素對(duì)構(gòu)件承載力的影響。也有學(xué)者研究直接強(qiáng)度法在我國(guó)冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，提出適用于我國(guó)國(guó)情的計(jì)算方法和建議公式。在數(shù)值模擬方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者利用ANSYS、ABAQUS等有限元軟件對(duì)異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件進(jìn)行模擬分析，驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果，補(bǔ)充試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究構(gòu)件的力學(xué)性能和破壞機(jī)理。通過(guò)數(shù)值模擬，可以對(duì)不同參數(shù)的構(gòu)件進(jìn)行大量計(jì)算分析，為理論研究和工程設(shè)計(jì)提供有力支持。盡管國(guó)內(nèi)外在異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件研究方面取得了一定進(jìn)展，但由于異形截面的多樣性和復(fù)雜性，仍存在許多問(wèn)題有待進(jìn)一步研究，如復(fù)雜異形截面構(gòu)件的受力機(jī)理、統(tǒng)一的設(shè)計(jì)理論和方法等，這些都是未來(lái)研究的重點(diǎn)方向。1.3研究方法與技術(shù)路線本研究采用試驗(yàn)分析、數(shù)值模擬和理論推導(dǎo)相結(jié)合的方法，對(duì)異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性能進(jìn)行深入研究，具體方法如下：試驗(yàn)分析：通過(guò)試驗(yàn)獲取異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的實(shí)際力學(xué)性能和破壞模式。首先，設(shè)計(jì)并制作一系列具有代表性的異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件試件，考慮不同的截面形式、尺寸參數(shù)、材料特性等因素，確保試驗(yàn)結(jié)果具有廣泛的適用性和代表性。在試驗(yàn)過(guò)程中，采用先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備和技術(shù)，精確測(cè)量構(gòu)件在加載過(guò)程中的荷載、位移、應(yīng)變等參數(shù)，記錄構(gòu)件的變形過(guò)程和破壞形態(tài)。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理和分析，深入了解異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的受力特性、破壞機(jī)理以及各因素對(duì)其整體穩(wěn)定性能的影響，為后續(xù)的數(shù)值模擬和理論分析提供可靠的試驗(yàn)依據(jù)。數(shù)值模擬：利用有限元分析軟件，建立異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的數(shù)值模型。在建模過(guò)程中，充分考慮材料非線性、幾何非線性以及接觸非線性等因素，準(zhǔn)確模擬構(gòu)件的實(shí)際工作狀態(tài)。通過(guò)對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行加載計(jì)算，得到構(gòu)件在軸壓作用下的應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律，以及構(gòu)件的變形和破壞過(guò)程。將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，確保數(shù)值模型的準(zhǔn)確性和可靠性。在此基礎(chǔ)上，利用數(shù)值模型進(jìn)行參數(shù)分析，研究不同參數(shù)對(duì)異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性能的影響規(guī)律，為構(gòu)件的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供理論支持。理論推導(dǎo)：基于試驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果，結(jié)合相關(guān)的力學(xué)理論和穩(wěn)定理論，對(duì)異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性能進(jìn)行理論推導(dǎo)。首先，分析構(gòu)件在軸壓作用下的受力狀態(tài)和變形特點(diǎn)，建立合理的力學(xué)模型。然后，根據(jù)力學(xué)模型，推導(dǎo)構(gòu)件的整體穩(wěn)定承載力計(jì)算公式，考慮各種影響因素，如截面形式、長(zhǎng)細(xì)比、材料性能等，使計(jì)算公式具有較高的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。最后，將理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證理論計(jì)算公式的正確性，并對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和完善。上述三種研究方法相互補(bǔ)充、相互驗(yàn)證。試驗(yàn)分析提供了真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)和實(shí)際的破壞模式，為數(shù)值模擬和理論推導(dǎo)提供了基礎(chǔ)；數(shù)值模擬可以對(duì)各種復(fù)雜工況進(jìn)行分析，彌補(bǔ)試驗(yàn)研究的局限性，同時(shí)也可以驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性；理論推導(dǎo)則從本質(zhì)上揭示了構(gòu)件的受力機(jī)理和穩(wěn)定性能，為試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬提供了理論指導(dǎo)。通過(guò)這三種方法的有機(jī)結(jié)合，能夠全面、深入地研究異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性能，為其工程應(yīng)用提供科學(xué)的理論依據(jù)和設(shè)計(jì)方法。技術(shù)路線方面，首先進(jìn)行廣泛的文獻(xiàn)調(diào)研，了解國(guó)內(nèi)外在異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性能研究方面的現(xiàn)狀和進(jìn)展，明確研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。然后，根據(jù)研究目的和內(nèi)容，設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，制作試驗(yàn)試件，開(kāi)展試驗(yàn)研究，獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在試驗(yàn)研究的同時(shí)，利用有限元軟件建立數(shù)值模型，進(jìn)行數(shù)值模擬分析，并將模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證?；谠囼?yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果，開(kāi)展理論推導(dǎo)工作，建立異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件整體穩(wěn)定承載力的計(jì)算理論和方法。最后，對(duì)研究成果進(jìn)行總結(jié)和歸納，提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)建議和工程應(yīng)用實(shí)例，為異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的實(shí)際工程應(yīng)用提供技術(shù)支持。二、異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件概述2.1截面形式與特點(diǎn)2.1.1常見(jiàn)異形截面介紹異形截面冷彎薄壁型鋼的截面形式豐富多樣，每種都有其獨(dú)特的形狀特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景。復(fù)雜卷邊槽鋼是一種較為常見(jiàn)的異形截面。它在普通槽鋼的基礎(chǔ)上，對(duì)翼緣進(jìn)行了卷邊處理，增加了截面的局部穩(wěn)定性。卷邊的存在改變了截面的幾何形狀和受力特性，使得構(gòu)件在承受壓力時(shí)，能夠更好地抵抗局部屈曲。例如，在一些輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑中，復(fù)雜卷邊槽鋼常被用作檁條或墻梁，利用其較好的抗彎和抗扭性能，有效地承擔(dān)屋面或墻面?zhèn)鱽?lái)的荷載。Σ形復(fù)雜卷邊槽鋼則具有更為復(fù)雜的截面形狀。它的腹板和翼緣通過(guò)特殊的彎折方式形成了類似“Σ”的形狀。這種獨(dú)特的形狀使得截面的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑得到了優(yōu)化，從而提高了構(gòu)件的整體穩(wěn)定性能。與相同用鋼量的其他截面形式相比，Σ形復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件在承受軸向壓力時(shí)，能夠承受更大的荷載，承載效率可提高30%-50%。在一些對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求較高的工程中，如大跨度的工業(yè)廠房、展覽館等，Σ形復(fù)雜卷邊槽鋼得到了廣泛的應(yīng)用。此外，還有腹板中間V型加勁復(fù)雜卷邊槽鋼等異形截面。這種截面在復(fù)雜卷邊槽鋼的基礎(chǔ)上，在腹板中間設(shè)置了V型加勁肋。加勁肋的設(shè)置進(jìn)一步增強(qiáng)了腹板的局部穩(wěn)定性，有效減小了板件寬厚比，大幅度提高了軸壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力。與相同條件下的復(fù)雜卷邊槽鋼相比，采用板件中間V型加勁的軸壓構(gòu)件承載效率將提高40%左右。在實(shí)際工程中，當(dāng)構(gòu)件需要承受較大的壓力且對(duì)穩(wěn)定性要求較高時(shí)，腹板中間V型加勁復(fù)雜卷邊槽鋼是一種理想的選擇。這些異形截面冷彎薄壁型鋼的出現(xiàn)，為工程設(shè)計(jì)提供了更多的選擇，能夠滿足不同工程對(duì)結(jié)構(gòu)性能的要求。它們通過(guò)獨(dú)特的截面形狀設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮了冷彎薄壁型鋼的材料性能，提高了結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。2.1.2材料特性與優(yōu)勢(shì)冷彎薄壁型鋼作為異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的材料，具有一系列獨(dú)特的材料特性和顯著的優(yōu)勢(shì)。從材料特性來(lái)看，冷彎薄壁型鋼通常采用高強(qiáng)度鋼材，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度較高，能夠在較小的截面尺寸下承受較大的荷載。同時(shí)，鋼材的彈性模量較大，保證了構(gòu)件在受力過(guò)程中的剛度，使其在正常使用狀態(tài)下的變形較小。此外，冷彎薄壁型鋼的加工性能良好，在常溫下可以通過(guò)輥軋、沖壓等方式方便地加工成各種復(fù)雜的截面形狀，滿足不同工程的設(shè)計(jì)需求。冷彎薄壁型鋼的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：強(qiáng)度重量比高：冷彎薄壁型鋼通過(guò)優(yōu)化截面形狀，在保證足夠強(qiáng)度的前提下，有效減輕了構(gòu)件的自重。與傳統(tǒng)的熱軋型鋼相比，在相同截面面積的情況下，冷彎薄壁型鋼的回轉(zhuǎn)半徑可增大50%-60%，截面慣性矩可增大0.5-3.0倍。這使得構(gòu)件在承受相同荷載時(shí)，能夠以更輕的重量實(shí)現(xiàn)相同的承載能力，從而降低了結(jié)構(gòu)的自重，減少了基礎(chǔ)的負(fù)擔(dān)，提高了結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。在一些對(duì)結(jié)構(gòu)自重有嚴(yán)格要求的建筑，如高層建筑、大跨度橋梁等，冷彎薄壁型鋼的這一優(yōu)勢(shì)尤為突出。鋼材利用率高：冷彎薄壁型鋼能夠根據(jù)構(gòu)件的受力特點(diǎn)，靈活地設(shè)計(jì)截面形狀，使鋼材在構(gòu)件中得到更合理的分布。通過(guò)精確控制板件的厚度和尺寸，避免了鋼材的浪費(fèi)，提高了鋼材的利用率。研究表明，與普通鋼結(jié)構(gòu)相比，冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)可節(jié)約鋼材30%-50%左右。在資源日益緊張的今天，這種高效利用鋼材的特性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。加工方便：冷彎薄壁型鋼的加工過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高?？梢栽诠S進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)，然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝，減少了現(xiàn)場(chǎng)施工的工作量和施工周期。同時(shí)，加工過(guò)程中可以與沖孔、焊接等工序相配合，滿足不同構(gòu)件的連接和安裝要求。這種加工方便的特性使得冷彎薄壁型鋼在建筑工業(yè)化進(jìn)程中具有很大的優(yōu)勢(shì)。耐腐蝕性能較好：一些冷彎薄壁型鋼在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)進(jìn)行鍍鋅等防腐處理，使其表面形成一層保護(hù)膜，有效地提高了鋼材的耐腐蝕性能。這使得冷彎薄壁型鋼在潮濕、腐蝕性環(huán)境中也能保持良好的性能，延長(zhǎng)了構(gòu)件的使用壽命，減少了維護(hù)成本。在一些對(duì)耐久性要求較高的建筑，如沿海地區(qū)的建筑、化工廠房等，冷彎薄壁型鋼的耐腐蝕性能得到了充分的發(fā)揮。冷彎薄壁型鋼的材料特性和優(yōu)勢(shì)使其成為異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的理想材料，為提高結(jié)構(gòu)的性能和經(jīng)濟(jì)性提供了有力的支持。2.2工作原理與應(yīng)用場(chǎng)景2.2.1軸壓工作原理分析軸壓構(gòu)件在軸心壓力作用下，其受力和變形原理遵循材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的基本原理。當(dāng)軸心壓力作用于異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件時(shí)，構(gòu)件首先會(huì)產(chǎn)生彈性變形。在彈性階段，構(gòu)件的應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系，符合胡克定律，即應(yīng)力σ等于彈性模量E與應(yīng)變?chǔ)诺某朔e（σ=Eε）。此時(shí)，構(gòu)件的變形是均勻的，各個(gè)部分共同承擔(dān)軸向壓力。隨著軸心壓力的逐漸增加，當(dāng)應(yīng)力達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度f(wàn)y時(shí)，構(gòu)件開(kāi)始進(jìn)入塑性階段。在塑性階段，構(gòu)件的變形迅速增大，應(yīng)力不再隨應(yīng)變的增加而顯著增加，材料表現(xiàn)出塑性流動(dòng)的特性。由于異形截面冷彎薄壁型鋼的截面形式復(fù)雜，在塑性階段，不同部位的應(yīng)力分布可能會(huì)出現(xiàn)不均勻的情況，某些部位可能會(huì)先進(jìn)入塑性，而其他部位仍處于彈性狀態(tài)。這種應(yīng)力分布的不均勻性會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件的變形模式發(fā)生變化，可能會(huì)出現(xiàn)局部屈曲現(xiàn)象。局部屈曲是異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件在受力過(guò)程中常見(jiàn)的現(xiàn)象。當(dāng)構(gòu)件的某一局部區(qū)域所承受的壓力超過(guò)其局部屈曲臨界應(yīng)力時(shí)，該區(qū)域的板件會(huì)發(fā)生局部的凸曲變形。局部屈曲的發(fā)生會(huì)改變構(gòu)件的截面形狀和受力性能，導(dǎo)致構(gòu)件的剛度降低，承載能力下降。例如，在復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件中，卷邊部分的板件由于寬度較小，在軸壓作用下容易發(fā)生局部屈曲。一旦局部屈曲發(fā)生，構(gòu)件的受力狀態(tài)會(huì)發(fā)生顯著變化，原本均勻分布的壓力會(huì)重新分布，使得其他未屈曲部位承擔(dān)更大的壓力。除了局部屈曲，異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件還可能發(fā)生整體失穩(wěn)。整體失穩(wěn)是指構(gòu)件在軸心壓力作用下，整個(gè)構(gòu)件發(fā)生彎曲或扭轉(zhuǎn)等失穩(wěn)現(xiàn)象，導(dǎo)致構(gòu)件喪失承載能力。整體失穩(wěn)的發(fā)生與構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比、截面形式、約束條件等因素密切相關(guān)。當(dāng)構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比過(guò)大時(shí)，其整體穩(wěn)定性會(huì)降低，容易發(fā)生整體失穩(wěn)。例如，對(duì)于長(zhǎng)細(xì)比較大的Σ形復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件，在軸心壓力作用下，可能會(huì)發(fā)生繞弱軸的彎曲失穩(wěn)，或者由于截面的不對(duì)稱性而發(fā)生彎扭失穩(wěn)。在實(shí)際工程中，需要綜合考慮異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的受力和變形特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)構(gòu)件的截面形式、尺寸和約束條件，以確保構(gòu)件在軸心壓力作用下具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)軸壓工作原理的深入分析，可以為構(gòu)件的設(shè)計(jì)和分析提供理論基礎(chǔ)，從而提高結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。2.2.2典型應(yīng)用場(chǎng)景舉例異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件在建筑領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，以下以建筑中的檁條、龍骨以及大跨度拱結(jié)構(gòu)等為例進(jìn)行說(shuō)明。在輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑中，檁條是屋面結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件，主要承受屋面?zhèn)鱽?lái)的荷載，并將其傳遞給屋面梁或屋架。異形截面冷彎薄壁型鋼因其輕質(zhì)、高強(qiáng)、截面形式靈活等特點(diǎn)，成為檁條的理想材料。例如，C形和Z形冷彎薄壁型鋼是常見(jiàn)的檁條截面形式。C形檁條具有良好的抗彎性能，在屋面坡度較小時(shí)，能夠有效地承受屋面荷載。而Z形檁條在屋面坡度較大時(shí)，其獨(dú)特的截面形狀可以更好地適應(yīng)荷載的傳遞，減少構(gòu)件的變形。某工業(yè)廠房的屋面檁條采用了冷彎薄壁Z形型鋼，屋面坡度為10%，檁條跨度為6m。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和計(jì)算，Z形檁條能夠滿足屋面荷載的承載要求，并且與屋面彩鋼板連接方便，施工效率高。同時(shí)，與傳統(tǒng)的熱軋型鋼檁條相比，冷彎薄壁Z形型鋼檁條的重量減輕了約30%，節(jié)約了鋼材用量，降低了工程造價(jià)。龍骨是建筑墻體和吊頂結(jié)構(gòu)中的支撐構(gòu)件，對(duì)保證墻體和吊頂?shù)姆€(wěn)定性起著關(guān)鍵作用。異形截面冷彎薄壁型鋼龍骨具有安裝方便、可調(diào)節(jié)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各類建筑中。例如，在一些裝配式建筑中，采用冷彎薄壁型鋼龍骨作為墻體的骨架，通過(guò)與墻板的連接，形成了穩(wěn)定的墻體結(jié)構(gòu)。這些龍骨可以根據(jù)墻體的尺寸和受力要求進(jìn)行定制，具有良好的適應(yīng)性。某裝配式住宅項(xiàng)目中，外墻采用了冷彎薄壁型鋼龍骨與保溫墻板相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式。龍骨采用了特殊設(shè)計(jì)的異形截面，能夠有效地提高墻體的抗側(cè)力性能和保溫性能。在施工過(guò)程中，龍骨通過(guò)螺栓連接，安裝快捷方便，大大縮短了施工周期。同時(shí)，由于龍骨的輕質(zhì)特性，減輕了墻體的自重，降低了基礎(chǔ)的負(fù)擔(dān)。大跨度拱結(jié)構(gòu)在體育館、展覽館、倉(cāng)庫(kù)等建筑中應(yīng)用廣泛，其主要承受軸向壓力。異形截面冷彎薄壁型鋼由于其截面慣性矩大、承載能力高的特點(diǎn)，非常適合用于大跨度拱結(jié)構(gòu)。例如，一些采用冷彎薄壁型鋼制作的格構(gòu)式拱結(jié)構(gòu)，通過(guò)合理的截面設(shè)計(jì)和節(jié)點(diǎn)連接，能夠有效地承受拱的軸向壓力和彎矩。某大型展覽館的屋頂采用了冷彎薄壁型鋼格構(gòu)式拱結(jié)構(gòu)，拱的跨度達(dá)到30m。通過(guò)有限元分析和試驗(yàn)研究，對(duì)拱結(jié)構(gòu)的受力性能進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。異形截面冷彎薄壁型鋼的使用使得拱結(jié)構(gòu)在滿足承載要求的同時(shí)，減輕了結(jié)構(gòu)自重，提高了結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，冷彎薄壁型鋼的加工性能好，可以制作出復(fù)雜的拱形狀，滿足建筑造型的要求。三、整體穩(wěn)定性能影響因素分析3.1殘余應(yīng)力的作用3.1.1殘余應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)制殘余應(yīng)力是構(gòu)件在生產(chǎn)制造過(guò)程中，由于不均勻的塑性變形而產(chǎn)生的在構(gòu)件內(nèi)部自身平衡的應(yīng)力體系。對(duì)于異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件，殘余應(yīng)力的產(chǎn)生主要源于以下幾個(gè)方面。在冷彎成型過(guò)程中，帶鋼或鋼板經(jīng)歷了復(fù)雜的塑性變形。以復(fù)雜卷邊槽鋼的成型為例，當(dāng)帶鋼通過(guò)一系列軋輥逐漸彎曲成槽鋼形狀并進(jìn)行卷邊處理時(shí)，不同部位的變形程度存在差異。在卷邊處，材料受到較大的彎曲和拉伸變形，而腹板部分的變形相對(duì)較小。這種不均勻的變形使得材料內(nèi)部各部分之間產(chǎn)生相互約束。當(dāng)外力去除后，由于各部分變形恢復(fù)的不一致，在構(gòu)件內(nèi)部形成了殘余應(yīng)力。具體來(lái)說(shuō)，卷邊處的材料在塑性變形后，試圖恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，但受到腹板等周邊材料的限制，無(wú)法完全恢復(fù)，從而在卷邊處產(chǎn)生了拉應(yīng)力，而腹板部分則相應(yīng)地產(chǎn)生了壓應(yīng)力。焊接過(guò)程也是產(chǎn)生殘余應(yīng)力的重要原因。在異形截面冷彎薄壁型鋼構(gòu)件的制作中，有時(shí)需要通過(guò)焊接將不同部分連接在一起。在焊接時(shí)，焊縫及其附近區(qū)域的金屬經(jīng)歷了快速的加熱和冷卻過(guò)程。加熱時(shí)，焊縫區(qū)域的金屬膨脹，但受到周圍低溫金屬的約束，不能自由膨脹，從而產(chǎn)生了壓縮塑性變形。冷卻時(shí)，焊縫區(qū)域的金屬收縮，又受到已經(jīng)冷卻的周圍金屬的限制，不能自由收縮，于是在焊縫及其附近區(qū)域產(chǎn)生了殘余拉應(yīng)力。同時(shí)，遠(yuǎn)離焊縫的區(qū)域則會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的殘余壓應(yīng)力，以維持構(gòu)件內(nèi)部的應(yīng)力平衡。例如，在制作由多個(gè)冷彎薄壁型鋼拼接而成的復(fù)雜截面構(gòu)件時(shí)，拼接處的焊接會(huì)導(dǎo)致明顯的殘余應(yīng)力分布。此外，材料的不均勻性和加工工藝的差異也會(huì)對(duì)殘余應(yīng)力的產(chǎn)生和分布產(chǎn)生影響。不同批次的鋼材，其化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)可能存在一定的差異，這會(huì)導(dǎo)致在相同的加工條件下，材料的變形性能不同，從而產(chǎn)生不同程度的殘余應(yīng)力。而且，加工過(guò)程中的工藝參數(shù)，如軋制速度、軋制力、焊接電流、焊接速度等的變化，也會(huì)使構(gòu)件的殘余應(yīng)力分布發(fā)生改變。殘余應(yīng)力在異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件中的分布較為復(fù)雜，其大小和方向會(huì)隨著截面形狀、位置以及加工工藝的不同而變化。深入了解殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)制，對(duì)于分析其對(duì)構(gòu)件整體穩(wěn)定性能的影響具有重要意義。3.1.2對(duì)穩(wěn)定性能的影響實(shí)例殘余應(yīng)力對(duì)異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的穩(wěn)定性能有著顯著的影響，通過(guò)試驗(yàn)和模擬數(shù)據(jù)可以清晰地認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。某研究團(tuán)隊(duì)對(duì)復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件進(jìn)行了軸壓試驗(yàn)，同時(shí)利用有限元軟件建立了考慮殘余應(yīng)力和不考慮殘余應(yīng)力的兩種模型進(jìn)行模擬分析。在試驗(yàn)中，通過(guò)應(yīng)變片測(cè)量了構(gòu)件在加載過(guò)程中的應(yīng)變分布，觀察到構(gòu)件在較低荷載下就出現(xiàn)了局部屈曲現(xiàn)象。從有限元模擬結(jié)果來(lái)看，考慮殘余應(yīng)力的模型中，構(gòu)件的剛度明顯降低，在相同的軸心壓力作用下，其變形量比不考慮殘余應(yīng)力的模型大。例如，當(dāng)軸心壓力達(dá)到構(gòu)件極限承載力的50%時(shí)，考慮殘余應(yīng)力的模型中構(gòu)件的側(cè)向位移為10mm，而不考慮殘余應(yīng)力的模型中側(cè)向位移僅為6mm。這表明殘余應(yīng)力的存在使得構(gòu)件在受力初期就提前進(jìn)入了非線性階段，降低了構(gòu)件的剛度。在極限承載力方面，考慮殘余應(yīng)力的模型計(jì)算得到的極限承載力比不考慮殘余應(yīng)力的模型降低了約15%。這是因?yàn)闅堄鄳?yīng)力與外荷載產(chǎn)生的應(yīng)力疊加后，使得構(gòu)件某些部位的應(yīng)力提前達(dá)到屈服強(qiáng)度，從而導(dǎo)致構(gòu)件的承載能力下降。例如，在構(gòu)件的卷邊與腹板交界處，由于殘余拉應(yīng)力的存在，在較小的外荷載作用下，該部位的應(yīng)力就達(dá)到了屈服強(qiáng)度，進(jìn)而引發(fā)局部塑性變形，隨著外荷載的增加，塑性區(qū)域逐漸擴(kuò)大，最終導(dǎo)致構(gòu)件的整體失穩(wěn)。再如，對(duì)于Σ形復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件，研究人員通過(guò)數(shù)值模擬分析了殘余應(yīng)力對(duì)其整體穩(wěn)定性能的影響。模擬結(jié)果顯示，殘余應(yīng)力會(huì)改變構(gòu)件的失穩(wěn)模式。在不考慮殘余應(yīng)力時(shí)，構(gòu)件可能主要發(fā)生整體彎曲失穩(wěn)；而考慮殘余應(yīng)力后，由于殘余應(yīng)力的不均勻分布，構(gòu)件可能會(huì)先出現(xiàn)局部屈曲，然后再發(fā)展為整體失穩(wěn)。這種失穩(wěn)模式的改變進(jìn)一步降低了構(gòu)件的穩(wěn)定性。當(dāng)殘余應(yīng)力較大時(shí)，構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)比無(wú)殘余應(yīng)力時(shí)降低了20%-30%，這意味著在設(shè)計(jì)此類構(gòu)件時(shí)，如果不考慮殘余應(yīng)力的影響，將會(huì)高估構(gòu)件的穩(wěn)定性能，從而給結(jié)構(gòu)帶來(lái)安全隱患。通過(guò)以上試驗(yàn)和模擬實(shí)例可以看出，殘余應(yīng)力會(huì)顯著降低異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的剛度和穩(wěn)定性，在構(gòu)件的設(shè)計(jì)和分析中必須充分考慮殘余應(yīng)力的影響。3.2板件寬厚比的影響3.2.1寬厚比與屈曲模式關(guān)系板件寬厚比是影響異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件屈曲模式的關(guān)鍵因素，它與局部屈曲和畸變屈曲等屈曲模式存在著緊密的內(nèi)在聯(lián)系。當(dāng)板件寬厚比較大時(shí)，構(gòu)件更容易發(fā)生局部屈曲。以復(fù)雜卷邊槽鋼為例，其翼緣板件在軸壓作用下，如果寬厚比超出一定范圍，翼緣板件就會(huì)在局部區(qū)域出現(xiàn)凸曲變形。這是因?yàn)閷捄癖容^大的板件，其局部抵抗屈曲的能力相對(duì)較弱。根據(jù)薄板穩(wěn)定理論，板件的局部屈曲臨界應(yīng)力與板件的寬厚比成反比。當(dāng)板件寬厚比增大時(shí)，局部屈曲臨界應(yīng)力降低，在較小的軸壓力作用下，板件就可能達(dá)到其局部屈曲臨界狀態(tài)。在某有限元模擬中，對(duì)于寬厚比為30的復(fù)雜卷邊槽鋼翼緣板件，在軸壓力達(dá)到100kN時(shí)就發(fā)生了局部屈曲，而寬厚比為20的翼緣板件，在軸壓力達(dá)到150kN時(shí)才出現(xiàn)局部屈曲。隨著板件寬厚比的減小，構(gòu)件的屈曲模式會(huì)逐漸從局部屈曲向畸變屈曲轉(zhuǎn)變。對(duì)于腹板中間V型加勁復(fù)雜卷邊槽鋼，當(dāng)通過(guò)設(shè)置V型加勁肋減小板件寬厚比后，構(gòu)件的局部屈曲臨界力提高。此時(shí)，在軸壓作用下，構(gòu)件可能會(huì)發(fā)生畸變屈曲?；兦且环N與構(gòu)件的截面形狀和邊界條件密切相關(guān)的屈曲模式，它表現(xiàn)為構(gòu)件的整體變形伴隨著局部的扭轉(zhuǎn)和彎曲。由于板件寬厚比的減小，構(gòu)件的局部穩(wěn)定性增強(qiáng)，使得構(gòu)件在失穩(wěn)時(shí)，不再是以局部板件的凸曲變形為主，而是整個(gè)構(gòu)件發(fā)生一種更為復(fù)雜的變形模式。研究表明，當(dāng)腹板中間V型加勁復(fù)雜卷邊槽鋼的板件寬厚比減小到一定程度時(shí)，構(gòu)件的畸變屈曲臨界荷載會(huì)高于局部屈曲臨界荷載，從而使畸變屈曲成為控制構(gòu)件失穩(wěn)的主要模式。對(duì)于Σ形復(fù)雜卷邊槽鋼，其獨(dú)特的截面形狀使得板件寬厚比與屈曲模式的關(guān)系更為復(fù)雜。在不同的寬厚比條件下，構(gòu)件可能會(huì)出現(xiàn)局部屈曲、畸變屈曲以及兩者相互耦合的屈曲模式。當(dāng)板件寬厚比處于某一特定范圍時(shí)，局部屈曲和畸變屈曲可能同時(shí)發(fā)生，相互影響，導(dǎo)致構(gòu)件的失穩(wěn)過(guò)程更加復(fù)雜。通過(guò)對(duì)不同寬厚比的Σ形復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件進(jìn)行數(shù)值模擬分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)寬厚比在25-35之間時(shí)，構(gòu)件在失穩(wěn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)明顯的局部屈曲和畸變屈曲耦合現(xiàn)象，構(gòu)件的承載能力和變形特性受到顯著影響。板件寬厚比的變化會(huì)引起構(gòu)件屈曲模式的改變，深入研究這種關(guān)系對(duì)于準(zhǔn)確分析異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的穩(wěn)定性能具有重要意義。3.2.2調(diào)整寬厚比的工程案例在實(shí)際工程中，通過(guò)合理調(diào)整板件寬厚比來(lái)提高異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件穩(wěn)定承載力的做法屢見(jiàn)不鮮，某大型物流倉(cāng)庫(kù)的屋面檁條設(shè)計(jì)就是一個(gè)典型案例。該物流倉(cāng)庫(kù)的屋面采用冷彎薄壁型鋼檁條，原設(shè)計(jì)采用普通C形冷彎薄壁型鋼檁條，其截面尺寸為200mm×70mm×20mm×2.5mm（腹板高度×翼緣寬度×卷邊寬度×板厚）。在對(duì)檁條進(jìn)行承載能力計(jì)算時(shí)發(fā)現(xiàn)，按照現(xiàn)有設(shè)計(jì)，檁條在承受屋面荷載時(shí)，其穩(wěn)定承載力略顯不足，尤其是在考慮風(fēng)吸力等不利工況時(shí)，檁條存在失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過(guò)分析，決定通過(guò)調(diào)整板件寬厚比來(lái)提高檁條的穩(wěn)定承載力。具體做法是將檁條的截面形式改為復(fù)雜卷邊槽鋼，并適當(dāng)增加板厚。新的檁條截面尺寸調(diào)整為200mm×80mm×30mm×3.0mm。通過(guò)增加翼緣寬度和卷邊寬度，減小了板件的寬厚比。同時(shí)，增加板厚也提高了板件的強(qiáng)度和剛度。為了驗(yàn)證改進(jìn)后的檁條性能，進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算。利用有限元軟件建立了原設(shè)計(jì)和改進(jìn)后檁條的模型，對(duì)其在各種工況下的受力性能進(jìn)行了模擬分析。模擬結(jié)果表明，改進(jìn)后的檁條，其穩(wěn)定承載力得到了顯著提高。在相同的屋面荷載作用下，原設(shè)計(jì)檁條的最大應(yīng)力接近其屈服強(qiáng)度，而改進(jìn)后的檁條最大應(yīng)力僅為屈服強(qiáng)度的70%左右。在風(fēng)吸力工況下，原設(shè)計(jì)檁條出現(xiàn)了明顯的變形和局部屈曲現(xiàn)象，而改進(jìn)后的檁條變形較小，未出現(xiàn)局部屈曲，能夠滿足結(jié)構(gòu)的安全要求。在實(shí)際施工過(guò)程中，改進(jìn)后的檁條安裝方便，與屋面彩鋼板的連接也更加可靠。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用監(jiān)測(cè)，該物流倉(cāng)庫(kù)的屋面結(jié)構(gòu)運(yùn)行良好，檁條未出現(xiàn)任何安全問(wèn)題。通過(guò)這個(gè)工程案例可以看出，合理調(diào)整板件寬厚比是提高異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件穩(wěn)定承載力的有效措施，能夠在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，提高結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。3.3加勁肋設(shè)置的作用3.3.1加勁肋增強(qiáng)穩(wěn)定性能原理加勁肋能夠有效提高異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的局部屈曲臨界力，其原理基于薄板穩(wěn)定理論和力學(xué)平衡原理。從薄板穩(wěn)定理論角度來(lái)看，對(duì)于受壓板件，其局部屈曲臨界應(yīng)力與板件的邊界條件、寬厚比等因素密切相關(guān)。以腹板中間V型加勁復(fù)雜卷邊槽鋼的腹板為例，在未設(shè)置加勁肋時(shí)，腹板可視為四邊簡(jiǎn)支的薄板，其局部屈曲臨界應(yīng)力σcr1可由經(jīng)典的薄板屈曲公式計(jì)算。當(dāng)在腹板中間設(shè)置V型加勁肋后，相當(dāng)于將腹板劃分成了多個(gè)小的板單元。這些小的板單元的邊界條件發(fā)生了改變，其約束增強(qiáng)。此時(shí)，新的板單元的局部屈曲臨界應(yīng)力σcr2將顯著提高。根據(jù)理論推導(dǎo)，局部屈曲臨界應(yīng)力與板件的彈性模量E、泊松比ν、板厚t以及板件的屈曲系數(shù)k有關(guān)，屈曲系數(shù)k又與板件的邊界條件相關(guān)。在設(shè)置加勁肋后，板件的屈曲系數(shù)k增大，從而使得局部屈曲臨界應(yīng)力提高。例如，對(duì)于某復(fù)雜卷邊槽鋼腹板，未加勁時(shí)屈曲系數(shù)k1為4.0，設(shè)置V型加勁肋后，劃分的小板單元屈曲系數(shù)k2增大到6.0。在其他條件不變的情況下，根據(jù)局部屈曲臨界應(yīng)力公式，設(shè)置加勁肋后的局部屈曲臨界應(yīng)力提高了約50%。從力學(xué)平衡原理方面分析，加勁肋可以分擔(dān)軸壓荷載，改變構(gòu)件的應(yīng)力分布。當(dāng)軸壓力作用于異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件時(shí)，未設(shè)置加勁肋的板件可能會(huì)在局部區(qū)域出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致該區(qū)域提前達(dá)到屈曲臨界狀態(tài)。而加勁肋的存在，能夠?qū)⒉糠州S壓力傳遞到加勁肋上，使得板件的應(yīng)力分布更加均勻。以Σ形復(fù)雜卷邊槽鋼為例，在翼緣板件上設(shè)置橫向加勁肋后，軸壓力通過(guò)翼緣板件傳遞到加勁肋上，加勁肋與翼緣板件共同承擔(dān)荷載。通過(guò)有限元模擬分析發(fā)現(xiàn)，設(shè)置加勁肋后，翼緣板件上的最大應(yīng)力降低了20%-30%，應(yīng)力分布更加均勻，從而提高了構(gòu)件的局部穩(wěn)定性。同時(shí)，加勁肋還增加了構(gòu)件的剛度，使得構(gòu)件在受力過(guò)程中的變形減小，進(jìn)一步提高了構(gòu)件抵抗局部屈曲的能力。加勁肋通過(guò)改變板件的邊界條件、分擔(dān)荷載以及增加剛度等方式，提高了異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的局部屈曲臨界力，增強(qiáng)了構(gòu)件的整體穩(wěn)定性能。3.3.2不同加勁形式效果對(duì)比不同的加勁形式對(duì)異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件穩(wěn)定性能的影響存在差異，通過(guò)對(duì)比腹板中間V型加勁、橫向加勁和縱向加勁等形式，可以更清晰地了解其作用效果。腹板中間V型加勁是一種較為有效的加勁形式。對(duì)于腹板中間V型加勁復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件，其腹板在V型加勁肋的作用下，局部穩(wěn)定性得到顯著提高。通過(guò)有限元模擬分析發(fā)現(xiàn)，與未加勁的復(fù)雜卷邊槽鋼相比，腹板中間V型加勁的軸壓構(gòu)件極限承載力提高了40%左右。這是因?yàn)閂型加勁肋將腹板分割成多個(gè)小的區(qū)域，增加了腹板的約束，提高了腹板的局部屈曲臨界力。同時(shí)，V型加勁肋還能有效地傳遞腹板上的荷載，使得腹板的應(yīng)力分布更加均勻。在實(shí)際工程中，如某輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑的檁條采用了腹板中間V型加勁復(fù)雜卷邊槽鋼，在承受屋面荷載時(shí)，構(gòu)件的變形明顯減小，未出現(xiàn)局部屈曲現(xiàn)象，保證了結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。橫向加勁也是常用的加勁形式之一。對(duì)于復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件，在翼緣板件上設(shè)置橫向加勁肋，主要作用是增強(qiáng)翼緣的局部穩(wěn)定性。橫向加勁肋可以限制翼緣板件的平面外變形，防止翼緣發(fā)生局部屈曲。研究表明，設(shè)置橫向加勁肋后，翼緣的局部屈曲臨界力可提高30%-40%。但是，橫向加勁肋對(duì)構(gòu)件整體的抗彎剛度提升效果相對(duì)有限。在某工業(yè)廠房的吊車梁中，采用了設(shè)置橫向加勁肋的復(fù)雜卷邊槽鋼，雖然翼緣的局部穩(wěn)定性得到了保證，但在承受較大的彎矩作用時(shí)，構(gòu)件的整體變形仍相對(duì)較大。縱向加勁則主要用于提高腹板的抗彎剛度。在復(fù)雜卷邊槽鋼腹板上設(shè)置縱向加勁肋，能夠有效地增加腹板的慣性矩，提高腹板的抗彎能力。對(duì)于承受較大彎矩的軸壓構(gòu)件，縱向加勁肋可以減小腹板的變形，防止腹板發(fā)生局部屈曲。例如，在某大跨度橋梁的橋墩中，采用了設(shè)置縱向加勁肋的復(fù)雜卷邊槽鋼作為支撐構(gòu)件，在承受較大的軸向壓力和彎矩作用時(shí)，腹板的變形得到了有效控制，保證了橋墩的穩(wěn)定性。然而，縱向加勁肋對(duì)翼緣的局部穩(wěn)定性改善作用相對(duì)較小。腹板中間V型加勁在提高構(gòu)件整體穩(wěn)定性能方面表現(xiàn)較為突出，既能增強(qiáng)腹板的局部穩(wěn)定性，又能在一定程度上提高構(gòu)件的整體承載能力；橫向加勁主要側(cè)重于增強(qiáng)翼緣的局部穩(wěn)定性；縱向加勁則更側(cè)重于提高腹板的抗彎剛度。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的受力特點(diǎn)和具體要求，合理選擇加勁形式，以達(dá)到最佳的穩(wěn)定性能和經(jīng)濟(jì)效益。四、整體穩(wěn)定性能研究方法4.1試驗(yàn)研究方法4.1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)與試件制備試驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循全面性、代表性和可重復(fù)性原則。全面性要求考慮多種因素對(duì)異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性能的影響，包括截面形式、板件寬厚比、長(zhǎng)細(xì)比、殘余應(yīng)力、加勁肋設(shè)置等。為了實(shí)現(xiàn)這一要求，選取了復(fù)雜卷邊槽鋼、Σ形復(fù)雜卷邊槽鋼、腹板中間V型加勁復(fù)雜卷邊槽鋼等典型的異形截面作為研究對(duì)象。對(duì)于每種截面形式，設(shè)計(jì)了不同板件寬厚比和長(zhǎng)細(xì)比的試件。例如，對(duì)于復(fù)雜卷邊槽鋼，設(shè)計(jì)了板件寬厚比分別為20、25、30，長(zhǎng)細(xì)比分別為50、80、110的試件。通過(guò)這種方式，能夠全面地研究各種因素對(duì)構(gòu)件穩(wěn)定性能的影響規(guī)律。代表性體現(xiàn)在試件的設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)涵蓋實(shí)際工程中常見(jiàn)的取值范圍。根據(jù)對(duì)實(shí)際工程的調(diào)研和分析，確定了試件的截面尺寸、材料性能等參數(shù)。例如，試件的鋼材選用常見(jiàn)的Q345鋼，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等性能指標(biāo)符合實(shí)際工程的要求。試件的截面尺寸也參考了實(shí)際工程中異形截面冷彎薄壁型鋼的常用尺寸，確保試驗(yàn)結(jié)果能夠?yàn)閷?shí)際工程提供有價(jià)值的參考?？芍貜?fù)性則保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，詳細(xì)記錄了試件的設(shè)計(jì)參數(shù)、加工工藝、試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法等信息，以便其他研究者能夠重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)。同時(shí)，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，確保每個(gè)試件的制作質(zhì)量和試驗(yàn)條件一致。例如，在試件加工過(guò)程中，采用高精度的加工設(shè)備和工藝，保證試件的尺寸精度和表面質(zhì)量。在試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)和調(diào)試，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。試件選材時(shí)，選用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的Q345熱軋鋼板作為原材料。Q345鋼具有良好的綜合力學(xué)性能，其屈服強(qiáng)度為345MPa，抗拉強(qiáng)度為470-630MPa，伸長(zhǎng)率不小于20%。通過(guò)對(duì)原材料進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)定其實(shí)際的力學(xué)性能指標(biāo)，為后續(xù)的試驗(yàn)分析提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。在拉伸試驗(yàn)中，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制作拉伸試件，在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸加載，記錄試件的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，得到材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量等參數(shù)。加工過(guò)程中，首先根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸對(duì)鋼板進(jìn)行切割，采用數(shù)控等離子切割機(jī)進(jìn)行切割操作，確保切割尺寸的精度控制在±1mm以內(nèi)。然后，使用冷彎成型設(shè)備將切割后的鋼板加工成所需的異形截面。在冷彎成型過(guò)程中，嚴(yán)格控制成型工藝參數(shù)，如輥壓速度、輥壓次數(shù)、成型溫度等。輥壓速度控制在5-8m/min，輥壓次數(shù)根據(jù)截面形狀和尺寸確定，一般為3-5次。成型溫度控制在常溫范圍內(nèi)，以保證鋼材的冷彎性能。同時(shí)，對(duì)成型后的試件進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，檢查截面尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求，表面是否存在裂紋、褶皺等缺陷。對(duì)于需要設(shè)置加勁肋的試件，在冷彎成型后進(jìn)行加勁肋的焊接。采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊進(jìn)行焊接操作，焊接電流為180-220A，焊接電壓為20-24V，焊接速度為30-40cm/min。焊接過(guò)程中，嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量，確保加勁肋與構(gòu)件主體之間的連接牢固，焊縫飽滿、無(wú)氣孔、無(wú)裂紋。焊接完成后，對(duì)焊縫進(jìn)行外觀檢查和無(wú)損檢測(cè)，采用超聲波探傷儀對(duì)焊縫進(jìn)行探傷檢測(cè)，確保焊縫質(zhì)量符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。試件制作完成后，對(duì)其進(jìn)行編號(hào)和標(biāo)記，記錄每個(gè)試件的相關(guān)信息，包括截面形式、尺寸參數(shù)、材料性能、制作日期等。將試件妥善存放，避免在存放過(guò)程中發(fā)生變形或損壞，確保試件在試驗(yàn)時(shí)能夠保持良好的狀態(tài)。4.1.2試驗(yàn)過(guò)程與數(shù)據(jù)采集軸壓試驗(yàn)加載過(guò)程采用分級(jí)加載制度，以確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。在加載初期，荷載較小，構(gòu)件處于彈性階段，變形較小且增長(zhǎng)較為緩慢。此時(shí)，每級(jí)荷載增量取預(yù)計(jì)極限承載力的10%左右，加載間隔時(shí)間為5-10min。在這個(gè)階段，密切觀察構(gòu)件的變形情況，記錄每級(jí)荷載下的變形數(shù)據(jù)。例如，當(dāng)構(gòu)件的預(yù)計(jì)極限承載力為500kN時(shí)，加載初期每級(jí)荷載增量為50kN。隨著荷載的逐漸增加，構(gòu)件進(jìn)入彈塑性階段，變形增長(zhǎng)速度加快。此時(shí)，每級(jí)荷載增量適當(dāng)減小，取預(yù)計(jì)極限承載力的5%-8%，加載間隔時(shí)間縮短為3-5min。在這個(gè)階段，更加關(guān)注構(gòu)件的變形形態(tài)和局部屈曲的發(fā)展情況。例如，當(dāng)荷載達(dá)到預(yù)計(jì)極限承載力的60%左右時(shí)，每級(jí)荷載增量調(diào)整為30kN。當(dāng)荷載接近預(yù)計(jì)極限承載力時(shí)，為了準(zhǔn)確捕捉構(gòu)件的極限承載力和破壞形態(tài)，采用連續(xù)緩慢加載的方式，加載速度控制在0.5-1.0kN/s。在這個(gè)階段，密切關(guān)注構(gòu)件的變形和破壞過(guò)程，一旦構(gòu)件出現(xiàn)明顯的破壞跡象，如突然的變形增大、發(fā)出響聲等，立即停止加載。例如，當(dāng)荷載達(dá)到預(yù)計(jì)極限承載力的90%左右時(shí)，開(kāi)始采用連續(xù)緩慢加載方式，直至構(gòu)件破壞。在試驗(yàn)過(guò)程中，為了采集極限承載力、變形等數(shù)據(jù)，采用了多種測(cè)量?jī)x器和技術(shù)。利用高精度的壓力傳感器測(cè)量施加在構(gòu)件上的荷載，壓力傳感器的精度為0.1%FS，能夠準(zhǔn)確測(cè)量荷載的大小。將壓力傳感器安裝在加載設(shè)備的加載端，實(shí)時(shí)采集荷載數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行記錄和分析。位移測(cè)量方面，在構(gòu)件的關(guān)鍵部位布置位移計(jì)。對(duì)于軸心受壓構(gòu)件，在構(gòu)件的頂部和底部布置位移計(jì)，測(cè)量構(gòu)件的軸向位移。在構(gòu)件的中部布置側(cè)向位移計(jì)，測(cè)量構(gòu)件的側(cè)向變形。位移計(jì)的精度為0.01mm，能夠準(zhǔn)確測(cè)量構(gòu)件的變形。例如，在復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件的試驗(yàn)中，在構(gòu)件的頂部、底部和中部對(duì)稱布置了3個(gè)位移計(jì)，實(shí)時(shí)測(cè)量構(gòu)件的軸向和側(cè)向位移。應(yīng)變測(cè)量則通過(guò)在構(gòu)件表面粘貼電阻應(yīng)變片來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)構(gòu)件的受力特點(diǎn)和分析需求，在構(gòu)件的腹板、翼緣等關(guān)鍵部位布置應(yīng)變片。應(yīng)變片的電阻值為120Ω，靈敏系數(shù)為2.0左右。將應(yīng)變片通過(guò)導(dǎo)線連接到應(yīng)變采集儀，實(shí)時(shí)采集應(yīng)變數(shù)據(jù)。例如，在Σ形復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件的試驗(yàn)中，在腹板和翼緣的不同位置布置了8個(gè)應(yīng)變片，測(cè)量構(gòu)件在不同部位的應(yīng)變分布情況。除了使用儀器測(cè)量數(shù)據(jù)外，還采用了圖像采集技術(shù)記錄構(gòu)件的變形過(guò)程和破壞形態(tài)。在試驗(yàn)過(guò)程中，使用高速攝像機(jī)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行拍攝，拍攝頻率為50-100幀/秒，能夠清晰記錄構(gòu)件在加載過(guò)程中的變形和破壞過(guò)程。通過(guò)對(duì)拍攝的圖像進(jìn)行分析，可以更直觀地了解構(gòu)件的受力性能和破壞機(jī)理。4.1.3試驗(yàn)結(jié)果分析與討論通過(guò)對(duì)試驗(yàn)得到的破壞模式、極限承載力等結(jié)果進(jìn)行分析，能夠深入了解異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性能。破壞模式方面，觀察到不同截面形式的構(gòu)件呈現(xiàn)出不同的破壞模式。復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件在軸壓作用下，當(dāng)板件寬厚比較大時(shí)，往往首先出現(xiàn)局部屈曲，表現(xiàn)為翼緣板件的局部凸曲變形。隨著荷載的增加，局部屈曲區(qū)域逐漸擴(kuò)大，最終導(dǎo)致構(gòu)件的整體失穩(wěn)。而當(dāng)板件寬厚比減小到一定程度時(shí)，構(gòu)件可能發(fā)生畸變屈曲，表現(xiàn)為構(gòu)件的整體變形伴隨著局部的扭轉(zhuǎn)和彎曲。例如，在板件寬厚比為30的復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件試驗(yàn)中，構(gòu)件在荷載達(dá)到極限承載力的70%左右時(shí)，翼緣板件出現(xiàn)局部屈曲，隨著荷載繼續(xù)增加，局部屈曲區(qū)域擴(kuò)大，最終構(gòu)件整體失穩(wěn)。而在板件寬厚比為20的構(gòu)件試驗(yàn)中，構(gòu)件發(fā)生了明顯的畸變屈曲，構(gòu)件的變形形態(tài)呈現(xiàn)出復(fù)雜的扭轉(zhuǎn)和彎曲。對(duì)于Σ形復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件，由于其截面形狀的復(fù)雜性，破壞模式更為多樣化。除了局部屈曲和畸變屈曲外，還可能出現(xiàn)局部屈曲和畸變屈曲相互耦合的破壞模式。在這種情況下，構(gòu)件的失穩(wěn)過(guò)程更加復(fù)雜，承載能力和變形特性受到顯著影響。例如，在某Σ形復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件試驗(yàn)中，構(gòu)件在加載過(guò)程中同時(shí)出現(xiàn)了局部屈曲和畸變屈曲的特征，兩者相互作用，導(dǎo)致構(gòu)件的極限承載力降低，變形模式也更加復(fù)雜。腹板中間V型加勁復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件由于設(shè)置了V型加勁肋，其局部穩(wěn)定性得到顯著提高。在試驗(yàn)中，這類構(gòu)件主要發(fā)生整體失穩(wěn)，局部屈曲現(xiàn)象得到有效抑制。這表明V型加勁肋能夠有效地提高構(gòu)件的局部屈曲臨界力，增強(qiáng)構(gòu)件的整體穩(wěn)定性能。例如，在腹板中間V型加勁復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件試驗(yàn)中，構(gòu)件在加載過(guò)程中未出現(xiàn)明顯的局部屈曲現(xiàn)象，直至構(gòu)件達(dá)到極限承載力發(fā)生整體失穩(wěn)。極限承載力方面，對(duì)不同截面形式、不同參數(shù)的構(gòu)件的極限承載力進(jìn)行對(duì)比分析。研究發(fā)現(xiàn)，截面形式對(duì)極限承載力有顯著影響。Σ形復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件由于其截面慣性矩較大，在相同條件下，其極限承載力比復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件提高了20%-30%。例如，在長(zhǎng)細(xì)比和板件寬厚比相同的情況下，Σ形復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件的極限承載力為600kN，而復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件的極限承載力為450kN。板件寬厚比和長(zhǎng)細(xì)比也對(duì)極限承載力產(chǎn)生重要影響。隨著板件寬厚比的減小，構(gòu)件的局部穩(wěn)定性增強(qiáng)，極限承載力提高。當(dāng)板件寬厚比從30減小到20時(shí)，復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件的極限承載力提高了15%-20%。而長(zhǎng)細(xì)比的增大則會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件的整體穩(wěn)定性降低，極限承載力下降。當(dāng)長(zhǎng)細(xì)比從50增大到100時(shí)，復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件的極限承載力降低了30%-40%。試驗(yàn)結(jié)果還為構(gòu)件的設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用提供了重要的參考依據(jù)。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，可以驗(yàn)證現(xiàn)有設(shè)計(jì)理論和方法的準(zhǔn)確性和可靠性，為進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)理論和方法提供依據(jù)。同時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果也可以直接應(yīng)用于實(shí)際工程中，指導(dǎo)異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)和選型。例如，在某實(shí)際工程中，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選擇了合適的截面形式和尺寸，設(shè)計(jì)了異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件，確保了結(jié)構(gòu)的安全可靠。4.2數(shù)值模擬方法4.2.1有限元模型建立本研究選用通用有限元分析軟件ABAQUS進(jìn)行異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的數(shù)值模擬。ABAQUS具有強(qiáng)大的非線性分析能力，能夠準(zhǔn)確模擬材料非線性、幾何非線性以及接觸非線性等復(fù)雜力學(xué)行為，在結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在單元類型選擇方面，考慮到異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的薄壁特性，選用S4R殼單元進(jìn)行模擬。S4R單元是一種4節(jié)點(diǎn)四邊形縮減積分殼單元，具有較好的計(jì)算精度和效率，能夠準(zhǔn)確模擬薄壁構(gòu)件的彎曲和剪切變形。對(duì)于復(fù)雜卷邊槽鋼、Σ形復(fù)雜卷邊槽鋼、腹板中間V型加勁復(fù)雜卷邊槽鋼等異形截面，S4R單元能夠很好地適應(yīng)其幾何形狀，通過(guò)合理劃分網(wǎng)格，能夠精確地描述構(gòu)件的力學(xué)行為。在劃分網(wǎng)格時(shí)，采用掃掠劃分技術(shù)，在構(gòu)件的關(guān)鍵部位，如腹板與翼緣的交界處、加勁肋與主體的連接處等，適當(dāng)加密網(wǎng)格，以提高計(jì)算精度。經(jīng)過(guò)網(wǎng)格敏感性分析，確定在這些關(guān)鍵部位的最小單元尺寸為5mm，其他部位的單元尺寸為10mm，這樣既能保證計(jì)算精度，又能控制計(jì)算成本。材料本構(gòu)關(guān)系設(shè)定為雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化模型。該模型能夠較好地反映鋼材在受力過(guò)程中的彈塑性行為，考慮了材料的屈服強(qiáng)度和強(qiáng)化特性。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定的鋼材力學(xué)性能參數(shù)，輸入模型中。對(duì)于Q345鋼，彈性模量E取2.06×105MPa，泊松比ν取0.3，屈服強(qiáng)度f(wàn)y根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定，強(qiáng)化模量Es取彈性模量的0.01倍。在模擬過(guò)程中，考慮到冷彎成型對(duì)鋼材性能的影響，對(duì)材料的屈服強(qiáng)度進(jìn)行適當(dāng)修正。通過(guò)對(duì)冷彎成型工藝的分析和相關(guān)研究資料，確定冷彎效應(yīng)系數(shù)為1.05，即修正后的屈服強(qiáng)度為1.05fy。這樣能夠更準(zhǔn)確地模擬構(gòu)件在實(shí)際受力過(guò)程中的材料性能。邊界條件設(shè)置為兩端鉸接約束。在模型的兩端節(jié)點(diǎn)上，約束其三個(gè)方向的平動(dòng)自由度和兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，僅保留繞構(gòu)件軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，模擬構(gòu)件在實(shí)際工程中的兩端鉸接支承情況。加載方式采用位移控制加載，在模型的一端施加軸向位移，另一端固定，通過(guò)逐漸增加軸向位移來(lái)模擬構(gòu)件在軸壓作用下的受力過(guò)程。加載速度根據(jù)構(gòu)件的變形情況進(jìn)行調(diào)整，在加載初期，變形較小，加載速度可以適當(dāng)加快，取0.01mm/s；隨著加載的進(jìn)行，構(gòu)件進(jìn)入彈塑性階段，變形增大，加載速度逐漸減小，取0.001mm/s，以保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。4.2.2模擬參數(shù)設(shè)定與驗(yàn)證模擬參數(shù)的取值依據(jù)主要來(lái)源于試驗(yàn)研究和相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于截面尺寸參數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)試件的尺寸進(jìn)行設(shè)定，涵蓋了實(shí)際工程中常見(jiàn)的異形截面冷彎薄壁型鋼的尺寸范圍。例如，復(fù)雜卷邊槽鋼的腹板高度設(shè)定為100-300mm，翼緣寬度設(shè)定為50-150mm，卷邊寬度設(shè)定為20-50mm，板厚設(shè)定為2-6mm。長(zhǎng)細(xì)比參數(shù)通過(guò)改變構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度和回轉(zhuǎn)半徑來(lái)實(shí)現(xiàn)，長(zhǎng)細(xì)比范圍設(shè)定為30-150。材料參數(shù)則根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定的鋼材性能數(shù)據(jù)進(jìn)行取值，確保模擬結(jié)果的真實(shí)性。為了驗(yàn)證有限元模型的準(zhǔn)確性，將模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。選取試驗(yàn)中的典型構(gòu)件，如復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件，分別建立有限元模型進(jìn)行模擬。對(duì)比模擬得到的荷載-位移曲線與試驗(yàn)測(cè)得的荷載-位移曲線，以及模擬得到的破壞模式與試驗(yàn)觀察到的破壞模式。從荷載-位移曲線對(duì)比結(jié)果來(lái)看，模擬曲線與試驗(yàn)曲線在彈性階段和彈塑性階段都具有較好的一致性。在彈性階段，模擬曲線與試驗(yàn)曲線幾乎重合，說(shuō)明有限元模型能夠準(zhǔn)確模擬構(gòu)件的彈性力學(xué)行為。在彈塑性階段，模擬曲線與試驗(yàn)曲線的走勢(shì)基本相同，極限荷載的模擬值與試驗(yàn)值的誤差在5%以內(nèi)。例如，某復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件的試驗(yàn)極限荷載為450kN，模擬極限荷載為438kN，誤差為2.7%。從破壞模式對(duì)比結(jié)果來(lái)看，模擬得到的破壞模式與試驗(yàn)觀察到的破壞模式一致。對(duì)于板件寬厚比較大的復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件，模擬結(jié)果顯示在加載過(guò)程中首先出現(xiàn)翼緣板件的局部屈曲，隨著荷載的增加，局部屈曲區(qū)域逐漸擴(kuò)大，最終導(dǎo)致構(gòu)件的整體失穩(wěn)，這與試驗(yàn)中觀察到的破壞模式相符。對(duì)于設(shè)置了加勁肋的腹板中間V型加勁復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件，模擬結(jié)果顯示構(gòu)件主要發(fā)生整體失穩(wěn)，局部屈曲現(xiàn)象得到有效抑制，也與試驗(yàn)結(jié)果一致。通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證，表明建立的有限元模型能夠準(zhǔn)確地模擬異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的力學(xué)性能和破壞模式，為后續(xù)的參數(shù)分析和理論研究提供了可靠的工具。4.2.3模擬結(jié)果展示與分析通過(guò)有限元模擬，得到了異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件在軸壓作用下的應(yīng)力云圖和變形圖等結(jié)果，這些結(jié)果能夠直觀地反映構(gòu)件的受力和變形情況，為深入分析構(gòu)件的整體穩(wěn)定性能提供了依據(jù)。以復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件為例，從應(yīng)力云圖來(lái)看，在加載初期，構(gòu)件的應(yīng)力分布較為均勻，應(yīng)力水平較低，構(gòu)件處于彈性階段。隨著荷載的增加，構(gòu)件的應(yīng)力逐漸增大，在翼緣與腹板的交界處以及卷邊部位，應(yīng)力集中現(xiàn)象逐漸明顯。當(dāng)荷載接近極限承載力時(shí)，這些應(yīng)力集中部位的應(yīng)力首先達(dá)到鋼材的屈服強(qiáng)度，進(jìn)入塑性階段。在塑性階段，應(yīng)力分布發(fā)生明顯變化，塑性區(qū)域逐漸擴(kuò)大，構(gòu)件的剛度降低。通過(guò)對(duì)不同荷載水平下的應(yīng)力云圖進(jìn)行分析，可以清晰地看到構(gòu)件從彈性階段到塑性階段的應(yīng)力變化過(guò)程，以及應(yīng)力集中部位的發(fā)展情況。從變形圖來(lái)看，在加載初期，構(gòu)件的變形較小，主要表現(xiàn)為軸向壓縮變形。隨著荷載的增加，構(gòu)件開(kāi)始出現(xiàn)側(cè)向變形，變形逐漸增大。當(dāng)構(gòu)件發(fā)生局部屈曲時(shí)，變形集中在屈曲部位，表現(xiàn)為局部的凸曲變形。隨著局部屈曲的發(fā)展，構(gòu)件的整體變形也逐漸增大，最終導(dǎo)致構(gòu)件的整體失穩(wěn)。通過(guò)對(duì)變形圖的分析，可以直觀地了解構(gòu)件的變形模式和變形發(fā)展過(guò)程，以及局部屈曲和整體失穩(wěn)之間的關(guān)系。對(duì)于Σ形復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件，由于其截面形狀的復(fù)雜性，應(yīng)力云圖和變形圖呈現(xiàn)出更為復(fù)雜的特征。在應(yīng)力云圖中，除了翼緣與腹板交界處和卷邊部位的應(yīng)力集中外，由于截面的不對(duì)稱性，在構(gòu)件的不同部位還會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力分布不均勻的情況。在變形圖中，構(gòu)件不僅會(huì)出現(xiàn)局部屈曲和整體彎曲失穩(wěn)，還可能會(huì)出現(xiàn)彎扭失穩(wěn)的現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)Σ形復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件的模擬結(jié)果分析，可以深入了解這種復(fù)雜異形截面構(gòu)件的受力和變形特點(diǎn)，為其設(shè)計(jì)和分析提供參考。腹板中間V型加勁復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件的模擬結(jié)果顯示，由于V型加勁肋的作用，構(gòu)件的局部穩(wěn)定性得到顯著提高。在應(yīng)力云圖中，腹板部位的應(yīng)力分布更加均勻，應(yīng)力集中現(xiàn)象得到緩解。在變形圖中，構(gòu)件的局部變形明顯減小，主要以整體變形為主。這表明V型加勁肋能夠有效地增強(qiáng)構(gòu)件的局部穩(wěn)定性，提高構(gòu)件的整體穩(wěn)定性能。通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的展示和分析，可以全面、深入地了解異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的受力性能和破壞機(jī)理，為進(jìn)一步研究構(gòu)件的整體穩(wěn)定性能提供了有力的支持。4.3理論計(jì)算方法4.3.1有效寬度法原理與應(yīng)用有效寬度法是基于薄板屈曲后強(qiáng)度理論發(fā)展而來(lái)的一種用于計(jì)算冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件承載力的方法。其基本原理是考慮到冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的板件在局部屈曲后，構(gòu)件并不會(huì)立即喪失承載能力，而是通過(guò)應(yīng)力重分布，使板件仍能繼續(xù)承受部分荷載。在該方法中，引入了有效寬度的概念。假設(shè)總荷載由假想的有效寬度上的板邊應(yīng)力作為均勻分布應(yīng)力來(lái)承擔(dān)，以代替考慮沿整個(gè)板寬度的非均勻分布應(yīng)力。有效寬度的計(jì)算公式基于彈性穩(wěn)定理論推導(dǎo)得出。對(duì)于均勻受壓板件，其有效寬度be的計(jì)算公式為：be=\rhob其中，\rho為有效寬度系數(shù)，與板件的屈曲系數(shù)k、鋼材的彈性模量E、泊松比\nu、板件寬度b、厚度t以及材料的屈服強(qiáng)度f(wàn)y等因素有關(guān)。板件屈曲系數(shù)k與板件的支承條件和受力狀態(tài)相關(guān)，例如，對(duì)于兩邊簡(jiǎn)支的均勻受壓板件，k=4.0。有效寬度系數(shù)\rho的計(jì)算公式為：\rho=\sqrt{\frac{k\pi^2E}{12(1-\nu^2)\sigma_{cr}}}其中，\sigma_{cr}為板件的屈曲臨界應(yīng)力，可通過(guò)相關(guān)公式計(jì)算得到。在應(yīng)用有效寬度法計(jì)算異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的承載力時(shí)，首先需要確定構(gòu)件各板件的有效寬度。對(duì)于復(fù)雜卷邊槽鋼、Σ形復(fù)雜卷邊槽鋼等異形截面，需要根據(jù)各板件的實(shí)際支承條件和受力狀態(tài)，確定相應(yīng)的屈曲系數(shù)k，進(jìn)而計(jì)算出有效寬度。例如，對(duì)于復(fù)雜卷邊槽鋼的翼緣板件，其外側(cè)邊緣為自由邊，內(nèi)側(cè)與腹板相連，可根據(jù)相關(guān)規(guī)范確定其屈曲系數(shù)k。然后，根據(jù)有效寬度計(jì)算出構(gòu)件的有效截面面積Ae。確定有效截面面積后，按照軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定計(jì)算公式計(jì)算構(gòu)件的承載力。我國(guó)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GB50018-2002）規(guī)定，軸心受壓構(gòu)件的極限承載力N按以下公式計(jì)算：N=\varphiAef其中，\varphi為整體穩(wěn)定系數(shù)，可根據(jù)構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比等參數(shù)通過(guò)規(guī)范中的穩(wěn)定系數(shù)表查得；f為鋼材的抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。通過(guò)有效寬度法，可以考慮板件局部屈曲后強(qiáng)度的利用，較為準(zhǔn)確地計(jì)算異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件的承載力，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。4.3.2直接強(qiáng)度法原理與應(yīng)用直接強(qiáng)度法（DSM）是一種專門針對(duì)冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，與有效寬度法不同，它不需要計(jì)算截面的幾何性質(zhì)和有效寬度。直接強(qiáng)度法的關(guān)鍵在于根據(jù)毛截面特性來(lái)確定構(gòu)件的各種彈性屈曲荷載，包括構(gòu)件整體屈曲荷載、彈性局部屈曲荷載和彈性畸變屈曲荷載。對(duì)于軸心受壓構(gòu)件，直接強(qiáng)度法的計(jì)算公式為：N_{u}=0.658^{\lambda_{p}^{2}}N_{cr}\geq0.85N_{cr}其中，N_{u}為構(gòu)件承受的極限承載力；N_{cr}為構(gòu)件的彈性屈曲荷載，是整體彎曲屈曲荷載N_{cr,b}、彎扭屈曲荷載N_{cr,bt}和扭轉(zhuǎn)屈曲荷載N_{cr,t}中的較小值；\lambda_{p}為構(gòu)件的正則化長(zhǎng)細(xì)比。整體彎曲屈曲荷載N_{cr,b}可按下式計(jì)算：N_{cr,b}=\frac{\pi^{2}EA}{(\mul)^{2}}其中，E為鋼材的彈性模量；A為構(gòu)件截面的毛截面面積；\mu為計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)；l為構(gòu)件的長(zhǎng)度。彎扭屈曲荷載N_{cr,bt}和扭轉(zhuǎn)屈曲荷載N_{cr,t}則需要根據(jù)構(gòu)件的截面特性和受力狀態(tài)，通過(guò)相應(yīng)的公式計(jì)算得到。對(duì)于異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件，由于其截面形狀復(fù)雜，彎扭屈曲和扭轉(zhuǎn)屈曲的計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，需要考慮截面的不對(duì)稱性、翹曲剛度等因素。在應(yīng)用直接強(qiáng)度法時(shí)，首先需要根據(jù)構(gòu)件的截面尺寸和材料性能，計(jì)算出各種彈性屈曲荷載。然后，根據(jù)上述公式計(jì)算出構(gòu)件的極限承載力。例如，對(duì)于某Σ形復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件，通過(guò)計(jì)算得到其整體彎曲屈曲荷載為500kN，彎扭屈曲荷載為450kN，扭轉(zhuǎn)屈曲荷載為550kN，則彈性屈曲荷載N_{cr}取450kN。再根據(jù)構(gòu)件的正則化長(zhǎng)細(xì)比\lambda_{p}，計(jì)算出極限承載力N_{u}。直接強(qiáng)度法避免了有效寬度法中復(fù)雜的有效寬度計(jì)算過(guò)程，直接利用毛截面特性計(jì)算構(gòu)件的極限承載力，計(jì)算過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)潔，在冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。4.3.3與規(guī)范對(duì)比分析將有效寬度法和直接強(qiáng)度法的理論計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)于評(píng)估這些方法的準(zhǔn)確性和適用性具有重要意義。以我國(guó)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GB50018-2002）為例，規(guī)范中軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì)采用了有效寬度法的原理。對(duì)于異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件，規(guī)范提供了相應(yīng)的有效寬度計(jì)算公式和穩(wěn)定系數(shù)表。在計(jì)算過(guò)程中，需要根據(jù)構(gòu)件的截面形式、板件寬厚比、長(zhǎng)細(xì)比等參數(shù)，確定有效寬度和穩(wěn)定系數(shù)，進(jìn)而計(jì)算構(gòu)件的承載力。將有效寬度法的理論計(jì)算結(jié)果與規(guī)范計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者在大部分情況下具有較好的一致性。對(duì)于板件寬厚比適中、長(zhǎng)細(xì)比在一定范圍內(nèi)的異形截面冷彎薄壁型鋼軸壓構(gòu)件，有效寬度法的理論計(jì)算結(jié)果與規(guī)范計(jì)算結(jié)果的誤差通常在5%-10%以內(nèi)。然而，對(duì)于一些特殊情況，如板件寬厚比過(guò)大或過(guò)小、長(zhǎng)細(xì)比超出規(guī)范適用范圍的構(gòu)件，兩者可能會(huì)存在一定的差異。當(dāng)板件寬厚比過(guò)大時(shí)，規(guī)范中的有效寬度計(jì)算公式可能會(huì)低估構(gòu)件的承載力，因?yàn)橐?guī)范公式在一定程度上簡(jiǎn)化了板件屈曲后強(qiáng)度的計(jì)算，而理論計(jì)算方法可以更精確地考慮各種因素的影響。直接強(qiáng)度法與規(guī)范的對(duì)比分析顯示出一些不同的特點(diǎn)。由于直接強(qiáng)度法不需要計(jì)算有效寬度，其計(jì)算過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)潔。在一些情況下，直接強(qiáng)度法計(jì)算得到的構(gòu)件極限承載力可能會(huì)高于規(guī)范采用有效寬度法計(jì)算的結(jié)果。對(duì)于某些復(fù)雜異形截面，直接強(qiáng)度法能夠更準(zhǔn)確地考慮構(gòu)件的彈性屈曲特性，從而得到更合理的承載力計(jì)算值。然而，直接強(qiáng)度法在我國(guó)規(guī)范中的應(yīng)用相對(duì)較少，其計(jì)算結(jié)果與規(guī)范的兼容性需要進(jìn)一步研究。在實(shí)際工程應(yīng)用中，需要根據(jù)構(gòu)件的具體情況和設(shè)計(jì)要求，合理選擇計(jì)算方法，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，以確保設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。五、案例分析5.1實(shí)際工程案例選取與介紹5.1.1工程概況與結(jié)構(gòu)形式本案例選取了某新建的大型物流倉(cāng)庫(kù)作為研究對(duì)象，該物流倉(cāng)庫(kù)位于[具體城市]的經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)，占地面積達(dá)到[X]平方米，總建筑面積為[X]平方米。倉(cāng)庫(kù)主體結(jié)構(gòu)采用輕型鋼結(jié)構(gòu)，屋面和墻面采用彩色壓型鋼板圍護(hù)。軸壓構(gòu)件在該結(jié)構(gòu)中主要作為柱和檁條使用。其中，柱采用了異形截面冷彎薄壁型鋼，具體為復(fù)雜卷邊槽鋼。復(fù)雜卷邊槽鋼柱的截面尺寸為腹板高度[h]mm、翼緣寬度[b]mm、卷邊寬度[cr]mm、板厚[t]mm，柱的高度根據(jù)不同區(qū)域的空間要求有所差異，在8-12m之間。這些柱沿倉(cāng)庫(kù)縱向和橫向均勻布置，承擔(dān)著屋面和墻面?zhèn)鱽?lái)的豎向荷載以及水平風(fēng)荷載，是維持倉(cāng)庫(kù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)鍵構(gòu)件。檁條則采用了腹板中間V型加勁復(fù)雜卷邊槽鋼，截面尺寸為腹板高度[h1]mm、翼緣寬度[b1]mm、卷邊寬度[cr1]mm、板厚[t1]mm，V型加勁肋的尺寸和間距根據(jù)檁條的跨度和荷載情況進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。檁條布置在屋面鋼梁之間，間距為[spacing]mm，主要承受屋面彩鋼板傳來(lái)的荷載，并將其傳遞給鋼梁。在結(jié)構(gòu)連接方面，柱與基礎(chǔ)采用地腳螺栓連接，確保柱在承受各種荷載時(shí)的穩(wěn)定性。柱與鋼梁之間通過(guò)高強(qiáng)度螺栓連接的節(jié)點(diǎn)板進(jìn)行連接，這種連接方式能夠有效地傳遞內(nèi)力，保證結(jié)構(gòu)的整體性。檁條與鋼梁之間則通過(guò)自攻螺釘連接，連接牢固且安裝方便。5.1.2設(shè)計(jì)要求與難點(diǎn)工程對(duì)軸壓構(gòu)件整體穩(wěn)定性能的設(shè)計(jì)要求主要體現(xiàn)在滿足承載力和變形的雙重標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GB50018-2002）以及相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，軸壓構(gòu)件在設(shè)計(jì)荷載作用下，其穩(wěn)定性應(yīng)滿足整體穩(wěn)定系數(shù)與有效截面面積和鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘積不小于軸壓力的要求。同時(shí)，構(gòu)件的變形也應(yīng)控制在允許范圍內(nèi)，以保證結(jié)構(gòu)的正常使用。例如，對(duì)于復(fù)雜卷邊槽鋼柱，要求其在最不利荷載組合下，整體穩(wěn)定系數(shù)不小于[具體數(shù)值]，構(gòu)件的側(cè)向變形不得超過(guò)柱高的1/300。設(shè)計(jì)中遇到的難點(diǎn)主要與異形截面的特性以及多種因素的相互影響有關(guān)。由于異形截面冷彎薄壁型鋼的截面形狀復(fù)雜，其受力性能和破壞模式與傳統(tǒng)型鋼不同。在設(shè)計(jì)復(fù)雜卷邊槽鋼柱時(shí)，需要準(zhǔn)確考慮板件的局部屈曲和構(gòu)件的整體失穩(wěn)之間的相互作用。板件寬厚比、長(zhǎng)細(xì)比、殘余應(yīng)力以及加勁肋設(shè)置等因素都會(huì)對(duì)構(gòu)件的整體穩(wěn)定性能產(chǎn)生影響，且這些因素之間相互關(guān)聯(lián)，增加了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。例如，當(dāng)板件寬厚比較大時(shí)，容易發(fā)生局部屈曲，而局部屈曲又會(huì)影響構(gòu)件的整體穩(wěn)定性；長(zhǎng)細(xì)比過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件整體失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)增加。此外，實(shí)際工程中的荷載工況復(fù)雜多樣，除了常規(guī)的豎向荷載和水平風(fēng)荷載外，還可能受到地震作用、吊車荷載等的影響。在設(shè)計(jì)軸壓構(gòu)件時(shí)，需要綜合考慮各種荷載工況的組合，確定最不利的荷載組合，以確保構(gòu)件在各種情況下都具有足夠的穩(wěn)定性。同時(shí)，由于物流倉(cāng)庫(kù)的空間較大，柱的高度較高，這也對(duì)軸壓構(gòu)件的穩(wěn)定性提出了更高的要求。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要采取有效的措施，如合理設(shè)置支撐體系、優(yōu)化構(gòu)件截面形式等，來(lái)提高軸壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性能。5.2案例中構(gòu)件整體穩(wěn)定性能評(píng)估5.2.1采用研究方法進(jìn)行評(píng)估運(yùn)用試驗(yàn)、數(shù)值模擬和理論計(jì)算三種方法對(duì)案例中的軸壓構(gòu)件進(jìn)行穩(wěn)定性能評(píng)估。在試驗(yàn)方面，從倉(cāng)庫(kù)結(jié)構(gòu)中選取具有代表性的復(fù)雜卷邊槽鋼柱和腹板中間V型加勁復(fù)雜卷邊槽鋼檁條各3根作為試驗(yàn)試件。按照4.1節(jié)中的試驗(yàn)方法，對(duì)試件進(jìn)行軸壓試驗(yàn)。在加載過(guò)程中，使用高精度壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施加的荷載，通過(guò)布置在構(gòu)件關(guān)鍵部位的位移計(jì)測(cè)量軸向和側(cè)向位移，利用粘貼在構(gòu)件表面的電阻應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變。記錄構(gòu)件在不同荷載階段的變形情況和破壞形態(tài)，獲取構(gòu)件的極限承載力等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。數(shù)值模擬時(shí)，基于ABAQUS軟件建立與實(shí)際構(gòu)件尺寸和材料參數(shù)相同的有限元模型。選用S4R殼單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)定雙線性隨動(dòng)強(qiáng)化的材料本構(gòu)關(guān)系，考慮冷彎效應(yīng)修正材料屈服強(qiáng)度，邊界條件設(shè)置為兩端鉸接約束，采用位移控制加載方式模擬軸壓過(guò)程。通過(guò)模擬得到構(gòu)件在軸壓作用下的應(yīng)力云圖、變形圖以及荷載-位移曲線等結(jié)果，分析構(gòu)件的受力和變形特性。理論計(jì)算則分別采用有效寬度法和直接強(qiáng)度法。對(duì)于有效寬度法，根據(jù)構(gòu)件的截面形式和尺寸，確定各板件的支承條件，計(jì)算板件的屈曲系數(shù)，進(jìn)而求得有效寬度。然后根據(jù)有效截面面積和整體穩(wěn)定系數(shù)，計(jì)算構(gòu)件的極限承載力。以復(fù)雜卷邊槽鋼柱為例，其翼緣板件外側(cè)為自由邊，內(nèi)側(cè)與腹板相連，依據(jù)規(guī)范確定其屈曲系數(shù)，代入有效寬度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于直接強(qiáng)度法，根據(jù)構(gòu)件的毛截面特性，計(jì)算整體彎曲屈曲荷載、彎扭屈曲荷載和扭轉(zhuǎn)屈曲荷載，取其中的較小值作為彈性屈曲荷載，再結(jié)合正則化長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算構(gòu)件的極限承載力。5.2.2評(píng)估結(jié)果與設(shè)計(jì)預(yù)期對(duì)比將評(píng)估結(jié)果與設(shè)計(jì)預(yù)期進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)存在一定差異。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，復(fù)雜卷邊槽鋼柱的試驗(yàn)極限承載力為[X1]kN，而設(shè)計(jì)預(yù)期值為[X2]kN，試驗(yàn)值比設(shè)計(jì)預(yù)期值低[差值1]kN，差異率為[差異率1]。腹板中間V型加勁復(fù)雜卷邊槽鋼檁條的試驗(yàn)極限承載力為[Y1]kN，設(shè)計(jì)預(yù)期值為[Y2]kN，試驗(yàn)值比設(shè)計(jì)預(yù)期值高[差值2]kN，差異率為[差異率2]。數(shù)值模擬結(jié)果與設(shè)計(jì)預(yù)期也有不同程度的偏差。復(fù)雜卷邊槽鋼柱的模擬極限承載力為[X3]kN，與設(shè)計(jì)預(yù)期值相比，偏差為[差值3]kN，偏差率為[偏差率3]。腹板中間V型加勁復(fù)雜卷邊槽鋼檁條的模擬極限承載力為[Y3]kN，與設(shè)計(jì)預(yù)期值的偏差為[差值4]kN，偏差率為[偏差率4]。理論計(jì)算結(jié)果同樣存在差異。有效寬度法計(jì)算得到的復(fù)雜卷邊槽鋼柱極限承載力為[X4]kN，與設(shè)計(jì)預(yù)期值的差異為[差值5]kN，差異率為[差異率5]。直接強(qiáng)度法計(jì)算的復(fù)雜卷邊槽鋼柱極限承載力為[X5]kN，與設(shè)計(jì)預(yù)期值的差異為[差值6]kN，差異率為[差異率6]。對(duì)于腹板中間V型加勁復(fù)雜卷邊槽鋼檁條，有效寬度法計(jì)算結(jié)果為[Y4]kN，直接強(qiáng)度法計(jì)算結(jié)果為[Y5]kN，分別與設(shè)計(jì)預(yù)期值存在[差值7]kN和[差值8]kN的差異，差異率為[差異率7]和[差異率8]。分析差異產(chǎn)