焊接薄壁箱形截面构件研究现状

　　摘要：焊接薄壁箱形截面构件具有优良的截面性能，但是受到宽厚比的限制，构件易发生局部失稳破坏。论述了构件的特点以及目前国内外的研究现状，并指出有待从刚度方面对构件进行深入的试验研究，为箱形截面构件设计提供参考。

　　关键词：箱形构件；局部稳定；刚度；设计

　　0前言

　　钢材具有强度高、质量轻、力学性能良好等优点，是制造结构物的一种很好的建筑材料，随着经济发展，钢结构凭借其自身的优势，广泛应用于我国的建筑、桥梁以及其他工程结构中。近年来，在大跨度钢结构设计中为满足建筑功能、造型及结构安全的需求，焊接箱型构件得到了大量应用。

　　1薄壁箱形构件特点

　　箱形截面构件由四块钢板焊接而成，由材料力学可知，杆件的截面越开阔，惯性矩越大，力学性能越好，因此箱形截面构件在两个主轴方向都具有较好的抗弯及抗扭刚度，在承受双向偏心荷载时具有优越性[1]。薄壁是指构件长度、截面轮廓尺寸与厚度相差较大的构件。在工程应用中，“薄壁”一般是形容在出现其它破坏（如整体失稳和屈服）之前，局部板件发生了鼓曲（即发生了局部失稳）的构件。

　　焊接薄壁构件板宽壁薄，宽厚比较大，国家体育场[2]中箱形截面构件的宽厚比达到100甚至更大。随着宽厚比的增大，构件容易出现局部失稳破坏，设置适当加劲肋能够保证构件的局部稳定。

　　2焊接薄壁箱形构件研究现状

　　2.1国外的研究工作

　　LittleG.H.[3]利用数值积分在大挠度弹塑性范围内，对两端铰接轴心受压箱形截面柱的相关屈曲性能进行了分析。考虑了构件的几何缺陷（初弯曲）和物理缺陷（材料的非理想弹性与残余应力）对构件极限承载力的影响。在建立短柱的关系曲线过程中考虑了壁板局部失稳对箱形截面轴压构件极限承载能力的影响。作者还提出了一种有效屈服点法，以区别有效截面法来求解箱形截面柱的相关承载能力。

　　TsutomuUsami及YuhshiFukumoto[4]做了27个焊接箱形截面柱的轴心受压和偏心受压试验。27个试件中，24个为轴心受压构件，3个为偏心受压构件。根据试验结果，建立了中心受压和偏心受压柱的极限承载力计算公式，引入等效屈曲系数，采用有效宽度方法解决了矩形截面稳定问题的计算。该方法可以很好的预测较大宽厚比的焊接箱形截面柱子的局部屈曲性能，认为局部屈曲发生在弹性范围内。然而对于小宽厚比的柱子，公式不太符合，这是因为该方法没有考虑弯曲刚度的损失，这种损失是焊接残余应力导致的早期屈服所引起的，同时预测了柱子局部屈曲后的极限承载力。

　　2.2国内的研究工作