钢结构外文翻译

工程结构32 (2010) 2157_2165

内容列出在《Elsevier电子期刊全文》

梯形波纹腹板钢梁侧向扭转屈曲弹性承载力

阮玉，金宋南，韩升龙，杨钟的土木，环境和建筑工程Kang_School，钢结构实验室，高丽大学，5-1亚南洞，Sungbuk区，汉城136-701，韩国

文章信息

文章历史：

在2010年3月10日

2010年3月11日

2010年4月13日修订后

于2009年10月21日收稿

关键词：

弹性侧向扭转屈曲强度

剪切中心

翘曲常数

梯形波纹腹板

钢梁

概要：

虽然梯形波纹腹板钢梁已被用于各种结构应用和桥梁，梯形波纹腹板钢梁的横向扭转弯曲，仍需要探讨，特别是制定一般横截面属性。本文介绍了一种钢梁的横向扭转屈曲的理论和有限元分析的结果。在本文提出了根据统一的时刻梯形波纹腹板钢梁的横向扭转屈曲的理论和有限元分析的结果。然后通过建议的截面特性计算弹性侧向扭转屈曲强度。并把结果和以往的研究与文献进行了比较。调查了一系列不同的波纹型材和长度的有限元分析，并把结果与建议公式进行比较。通过对比数值模拟研究，成功验证了提出的公式。也调查和讨论了波纹型材的弹性对于横向扭转屈曲强度的影响。

1．简介

波形钢腹板由于几个优点已被广泛用于各种结构。首先，他们可以被用来取代加筋板梁钢板，以防止出平面位移。其次，波形钢腹板改善结构的美学和减少了梁的制造成本。因此，许多研究人员都进行了波形钢腹板的研究[1]。波纹刚腹板的抗弯和抗扭行为研究的范围可以概括如下。Elgaaly等人[1]发现波纹对于波纹腹板梁的极限弯矩能力是微不足道的并且极限抗弯能力是由翼缘屈服应力决定的。阿巴斯等人[2,3]的研究表明，弯曲的波纹钢腹板不能单独使用传统的梁理论分析。在平面内荷载的作用下产生一个扭转同时波形钢腹板因为平面内的扭转也在平面外扭转。因此分析平面内弯曲使用传统梁分析理论，而将一个平面外扭转的问题视为翼缘横向弯曲问题。对于薄壁钢梁受弯构件的组成来说，横向扭转是主要的设计方面之一。尽管它很重要，但对于梯形波纹腹板钢梁在这种情况下的研究还是很缺乏的。林德纳[5]研究了梯形波纹腹板钢梁的横向扭转。研究发现，梯形波纹腹板钢梁和那些波纹腹板钢梁在扭转部分常数Jc没有太大区别而两者翘曲部分常数Cw是不同的。这项研究提出了一个根据测试结果来计算翘曲常数的公式。该研究还得出了计算时必须考虑局部屈曲板之间的相互作用和整体横向扭转屈曲。赛义德艾哈迈德[6]表明梯形波纹腹板钢梁的抗侧向扭转弯曲屈曲能力高于传统平面腹板钢梁抗侧向扭转弯曲屈曲能力的12%-37%。因此，用于计算

波纹腹板梁的极限矩下公式会低估波纹腹板板梁抵抗侧向扭转弯曲屈曲的能力。

最近，基于力法的折迭效应之间的腹板和翼缘，MOON等[4]认为梯形波纹腹板钢梁的截面剪切中心位置位于从上下翼缘中心距离的2D。他们的研究还提出了使用平均波纹深度davg概念的用于估计翘曲常数的近似方法。但是，对于梯形波纹腹板钢梁的梁截面属性的一般公式还没有被发现。因此本文的目的是要解决这些问题，并考虑梯形波纹腹板钢梁的波纹型材对侧向扭转屈曲弹性承载力的影响

通讯作者。电话：+82232903317传真：+822 9215166。

E - mail地址：yjkang@korea.ac.kr（Y.-J.康）。

2158 N. D. Nguyen等人,工程结构32（2010）21572165

命名法

a 平面波纹的长度

b 斜板面的投影长度

c 斜板长度

d 波纹深度

dmax 最大波纹深度

davg 从Moon等人的结果得到的平均水深波纹

lo 波纹波长

bf 翼缘宽度

tf 翼缘厚度

tw 波纹厚度

teq 来自赛义德艾哈迈德[6]的腹板等效厚度

hw 波纹腹板高度

E 杨氏弹性模量

v 泊松比

G 平面板的弹性剪切模量

Gc 瓦楞板的弹性剪切模量

Jc 梯形波纹腹板钢梁的纯扭转常数

（xc ; y’c）在x轴上的梯形波纹腹板钢梁的质心C的坐标y

（xic ; y’ic）在x轴上的梯形波纹腹板钢梁的第i个元素的质心坐标yic

（xi; yi）;（xj; yj）在x-y轴上的坐标点i和j

Ix,c;Iy,c 梯形波纹腹板钢梁分别关于x和y轴的惯性矩

Ixy;c 梯形波纹腹板钢梁的惯性矩的乘积

Ai 第i个元素的面积

A 全断面总面积ρρρρρ

(Xo; Yo) 在x-y上剪切中心的坐标

（Iwx;c ; Iwy;c）梯形波纹腹板钢梁的几何特性

Pij 从质心C到第i个元素的距离

Poi 从剪切中心S到第i个元素的距离

tij 板单元的厚度（i-j）

Lij 板单元的长度（i-j）

Xs 从剪切中心S到上下翼缘中心的距离

Wni 标准单元在i点的翘曲

Cw,c 梯形波纹腹板钢梁的扭转常数

Cw,c0 来自Moon等人得出的结果的梯形波纹腹板钢梁的扭转常数

C*w 来自林德纳得出的结果的梯形波纹腹板钢梁的扭转常数

Cw,flat 平面腹板钢梁的扭转常数

Morc 梯形波纹腹板钢梁的弹性侧向扭转屈曲强度

M*orc 来自林德纳得出的梯形波纹腹板钢梁的弹性侧向扭转屈曲强度

M**ocr 来自赛义德艾哈迈德得出的梯形波纹腹板钢梁的弹性侧向扭转屈曲强度

M***ocr 来自Moon等人得出的梯形波纹腹板钢梁的弹性侧向扭转屈曲强度Mocr,flat 平面腹板钢梁的弹性侧向扭转屈曲强度

Mocr,FEM 来自FEM得出的梯形波纹腹板钢梁的弹性侧向扭转屈曲强度

(U1,U2,U3) 分别关于1,2,3方向的位移

(R1,R2,R3) 分别关于1,2,3方向的回转半径

图1 （a）截面尺寸，（b）波纹型材的尺寸。

在这项研究中，使用的数值方程和数值方法[10,11]，公式，提出计算质心的位置，梯形波纹腹板钢梁惯性矩和惯性积。然后得到剪切中心的位置和翘曲常说。弹性侧向扭曲强度是在弯矩作用下使用建议公式由D0和Dmax的平均弹性侧向扭转屈曲强度确定的，在这项研究中使用的临界力矩是由相同的平面腹板钢梁的横向扭转屈曲的简单公式得到的。进行一系列的有限元分析从这项研究中得到的建议值是通过有限元分析和其他在文献中得到的数值结果来验证的。通过研究发现，梯形波纹腹板在建议截面属性下的弹性侧向扭转屈曲强度在弯矩作用下被成功验证，最后调查波纹型材的弹性侧向扭转屈曲强度的影响并与其他研究和有限元分析进行比较。

2 剪切模量及纯扭曲常数

一般来说波纹腹板的剪切模量要比平板的剪切模量小的多。在这项研究中，计算波纹腹板剪切模量的公式来源于Samanta和Mukhopadhyay[13]采用的如下：

G点的平板剪切模量。(a+b)是实际长度（a+c）的投影长度

图1显示的是断面的几何数据和波纹特性。通过研究发现，梯形波纹腹板钢梁的纯扭曲常数Jc与平坦波纹钢梁不同，因此，给出Jc为：