杨璐，等：钢结构压弯构件研究进展综述 钢结构压弯构件研究进展综述＊ 杨 璐 张有振 尚 帆 赵梦晗 （１．北京工业大学建筑工程学院，北京 １００１２４； ２．北京市高层和大跨度预应力钢结构工程技术研究中心，北京摘 要：钢结构因具有强度高、质量轻等优点，在工程中得到广泛应用。压弯构件是钢结构中应用较为广泛的一种 构件形式，其稳定性和承载力对整个工程的安全性具有重要的影响。ＧＢ ５００１７—２００３｛钢结构设计规范》对于钢结 一一一～一一一～一一 １０００２２） 构压弯构件稳定性的规定，主要针对的是普通钢钢结构构件，且有些务款存在设计不合理的情况，有待完善。高强 度钢材构件有众多优点，但在承载力计算等方面，现行ＧＢ ５００１７—２００３对高强度钢材的工程应用表现出较大的限 制性。为此，对国内学者所进行的普通钢压弯构件稳定性的理论研究，以及国内外学者对高强度钢材压弯构件的 研究进展进行总结，并对高强度钢材压弯构件的研究与应用提出展望。 关键词：压弯构件；稳定性；高强度钢材；研究进展 ＤｏＩ：１０．１３２０６／Ｊ．ｇＪｇ２０１５０１００１ ＡＮ ｏＶＥＲＶＩＥＷ ｏＦ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＰＲｏＧＲＥＳＳ ｏＦ ＳＴＥＥＬ ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ ＭＥＭＢＥＲＳ ＵＮＤＥＲ ＢＥＮＤＩＮＧ ＡＮＤ ＡＸＩＡＬ ＣＯＭＰＲＥＳＳＩＯＮ ＿一～兰ｍ 肌 ＿一咖～善 ～＿一墨 一～∞一一妇～删一 ．～一 一～ 一 ～一 Ｙａｎｇ Ｌｕｌ，。Ｚｈａｎｇ Ｙｏｕｚｈｅｎ１－ Ｓｈａｎｇ Ｆａｎ ， Ｚｈａｏ Ｍｅｎｇｈａｎ ，。 （１．Ｔｈｅ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｂｅｉｊｉｎｇ ｌ００Ｊ２４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｈｉｇｈ—Ｒｉｓｅ ａｎｄ Ｌａｒｇｅ—Ｓｐａｎ Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００２２，Ｃｈｉｎａ） 一一一一ｈ～ 鲫～一～蛐 ０ 引 言 １普通钢结构压弯构件 钢结构具有强度高、质量轻、质地均匀、各向同 同时承受轴心压力和弯矩作用的构件称为压弯构 性，且安装周期较短等优点 ］，在工程中得到了广泛 件，由于其具有同时承受轴力和弯矩的功能，且普遍出 应用。随着生产工艺和施工工艺的不断优化，高强 现在刚架柱中，因此又简称为梁柱。实际的压弯构件 度钢材也逐渐被应用到现代工程建设中。压弯构件 存在残余应力和初始几何缺陷，且为弹塑性材料，失 是钢结构中应用较为广泛的一种结构形式，其稳定 稳为钢结构压弯构件一种主要的破坏形式［＝２］。因此， 性能等对整个工程的安全性具有重要的影响。 对钢结构压弯构件稳定性的研究具有重要的意义。 本文简述了国内已有文献对普通钢结构压弯构 １．１普通钢结构压弯构件稳定性 件稳定性的理论研究，为ＧＢ ５００１７—２００３《钢结构 对于钢结构压弯构件稳定性的研究主要是为减 设计规范》中压弯构件稳定性相关条款的修订提出 ＊国家自然科学基金资助（５１１０８００７）；中国博士后科学基金面 了建议；并总结了国内外对高强度钢材压弯构件的 上资助（２０１３Ｍ５３０５００）。 研究进展，有利于高强钢的研究和工程应用，同时可 第一作者：杨璐，女，１９８２年出生，博士，副教授。 Ｅｍａｉｌ：ｌｙａｎｇ＠ｂｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。 为相关规范的修订提供参考。 收稿日期：２０１４—０９—１０ Ｓｔｅｅ１ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２０１５（１），Ｖｏ１．３０，Ｎｏ．１９３ １ 科研开发 少或防止失稳破坏形式的发生。钢结构压弯构件稳 定性主要分为整体稳定、局部稳定和相关稳定三类。 局部稳定问题可以通过腹板或翼缘的宽厚比以 及布置加劲肋来解决 。因此，国内对于普通钢压 弯构件稳定性的研究主要以整体稳定性为主，也有 学者对钢结构构件的相关屈曲进行了一定的研究。 Ｎ＋ｌ离ｉ ｓ ｃｚａ 茄＋１ｌ 毒Ｅ ｊ ≤ 其中 Ｎ 一７【。ＥＡ／ 式中：ｗ为构件毛截面抵抗矩； 为轴压稳定系数 钢结构压弯构件整体稳定分为平面内整体稳定 和平面外整体稳定两类。ＧＢ ５００１７—２００３给出了 修正系数；Ｎ 为欧拉力；Ｍｏ为端弯矩，若两端弯矩 不等时，取较大值；Ｃ。为两端弯矩不等时的等效系 数； 。为钢材的屈服极限。 经对比分析，文献［１３］认为：ＧＢ ３８１１—８３对稳 实腹式压弯构件平面内整体稳定和平面外整体稳定 的计算公式，分别如下。 弯矩作用平面内的稳定性： ＾ ＋—— —７ Ｗ１ （１—０．８， 』 ≤／’＼Ｊ ） （１ａ）、… 定性的设计较为正确，ＧＢＪ １７—８８的验算公式经运 算只符合临界状态的等式条件，因此，对单向压弯构 件的稳定计算公式宜采用ＧＢ ３８１１—８３的公式。 杨应华通过对比ＧＢ ５００１７—２００３和ＣＥＣＳ 弯矩作用平面外的稳定性： 击＋＇十＇７ ≤ ＿， 其中 Ｎ ＝７ｃ。ＥＡ／（１．１ ；） （门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中 （１ｂ）ｊ １０２：２Ｏ０２（关于宽薄腹工形等截面压弯构件平面内稳定计算公 式，建议ＧＢ ５００１７—２００３中关于宽薄腹工形截面 压弯构件的平面内稳定承载力设计的有关条款也采 用ＣＥＣＳ １０２：２００２的方法，使设计方法统一Ｌｌ 。 罗刚¨１ 通过对ＧＢ ５００１７—２００３、美国钢结构 设计规范中ＡＩＳＣ ３６０—０５ｌ１ 中的ＬＲＦＤ ２００５规范 式中：Ｎ为所计算构件段范围内的轴心压力；Ａ为 构件毛截面面积； 、 分别为弯矩作用平面内和 平面外的轴心受压构件稳定系数； 为均匀弯曲的 受弯构件整体稳定系数；ｐｍ 、 为等效弯矩系数； 为截面 为所计算构件段范围内的最大弯矩； 塑性发展系数；Ｗ 为弯矩作用平面内对较大受压 纤维的毛截面模量；叼为截面影响系数； 为整个 构件对 轴的长细比；ｆ为钢材强度设计值。 上述稳定性计算公式是对ｒｒＪ １７—７４《钢结构 设计规范》中的计算公式经过修订后得到的。在此 以及ＡＩＳＣ￥３３５ｌ】 规范中的压弯构件等基本构件 强度和安全度差异进行对比分析，获得表１所示关 于中美钢结构设计规范安全度设置水平差异的定量 数据，以便于工程应用［１ 。 表１ ＧＢ ５００１７与ＬＲＦＤ ２００５、ＡＳＤ ８９安全度差异％ 过程中，许多学者对钢结构压弯构件稳定性进行了 理论研究，并为我国钢结构设计规范中稳定性计算 公式的修订和应用提出了建议 ”］。 １．２ 国内普通钢结构压弯构件稳定性理论研究 我国钢结构的设计规范主要是在普通钢结构构 件试验基础上修订完成的 ］，因此，对于普通钢压 弯构件稳定性的研究主要是在已有规范基础上的理 论研究，主要包括对规范中稳定性设计公式的研究 与应用。 陈绍蕃针对各国钢结构规范对钢结构压弯构件 注： 正值表示ＬＲＦＤ ２００５或ＡＳＤ ８９规范安全度高于ＧＢ ５００１７— ２００３；负值表示ＬＲＦＤ ２００５或ＡＳＤ ８９规范安全度低于ＧＢ ５００１ ７—２００３。 空间失稳计算的规定出入较大的问题，从典型截面 选择、简单线性相关方程、单轴对称压弯构件和双轴 受弯压杆四个方面进行分析，提出采用简单线性相 关方程消除规范差异的可能性ｌ１ 。 １．２．２对钢结构压弯构件稳定性设计公式的建议 部分学者通过理论推导，对规范中的钢结构压 １．２．１各结构规范中压弯构件稳定性设计 对各钢结构规范中压弯构件稳定性设计的研 究，主要是将我国钢结构设计规范与国内外其他规 范进行比较，为压弯构件稳定性公式的选用给出更 加经济实用的建议。 我国ＧＢ ３８１１—８３《起重机设计规范》和ＧＢＪ 弯构件稳定性设计公式提出修改建议，尤其是对弯 矩作用平面内整体稳定公式中的等效弯矩系数等的 选取，以及扭矩对稳定性的影响等，许多学者都给出 钢结构 ２０１５年第ｌ期第３Ｏ卷总第１９３期 １７—８８《钢结构设计规范》中的钢结构单向压弯构件 稳定性计算公式分别为： ２ 杨 璐，等：钢结构压弯构件研究进展综述 了实质性的修订建议，以利于规范的修订。 面内稳定和平面外稳定给出的计算公式进行了联合 文献［１４－Ｉ介绍了我国第一本ＴＪ １７—７４的产生 求解，得出截面强轴的惯性矩，再结合假定长细比、 过程和特点，简述了规范两次修订的内容，讨论了对 局部稳定计算公式与截面回转半径和截面尺寸的近 第一本规范进行全面修订的必要性以及修订的原则 似关系选择截面尺寸，进行压弯构件的相关验算。 和具体项目。文中同样指出压弯构件等效弯矩系数 该方法概念明确，试算工作量小。 存在稳定性承载力计算结果差别大，取值不够细致 对于双轴对称实腹式压弯构件，姚谏提出，可按 等问题，需进一步讨论研究。同样，文献［４３回顾了 照我国设计规范的稳定性验算条件把压弯构件的内 我国《钢结构设计规范》的编制和历次修订的过程， 力设计值换算成一个等效的轴心受压荷载，然后采 概述了压弯构件平面内稳定和平面外稳定等重要内 用给定的合适长细比，按照轴心受压构件试选 容在历次版本规范中的发展。 截面 。 。 文献Ｅ５３通过例题给出了ＧＢＪ １７～８８｛钢结构 文献［２１］则给出了满足设计条件的长细比、截 设计规范》压弯构件弯矩作用平面外稳定计算公式： 面高宽比的迭代计算公式，编写了相应的截面优化 Ｎ／（ Ａ）－４－艮Ｍ ／（ Ｗ ）≤ｆ （３） 计算机程序，对焊接Ｈ形截面钢压弯构件截面进行 式中：等效弯矩系数 的取值，是单从某构件段取 优化设计。 值，而未能考虑相邻构件段的相互约束，有待进一步 彭兴黔针对工字形压弯构件使用广泛而截面设 修正完善。 计复杂的问题，根据压弯构件应满足的截面强度、整 陈绍蕃等针对ＧＢ ５００１７—２００３中压弯构件面 体稳定、局部稳定和构件刚度条件，利用板件局部稳 内等效弯矩系数的取值比较粗糙，且大多偏于保守 定条件和工字形截面轮廓尺寸及回转半径之间的近 的问题，分别对两端简支构件和端部有侧移的构件 似关系，确定出腹板高度、翼板宽度、腹板厚度和翼 的面内等效弯矩系数进行了推导验算，指出规范存 板厚度４个参数之问的关系，通过假定其中一个未 在的问题，并给出了修订建议ｌ＿６。］。 知量便可确定出工字形构件截面尺寸 。 文献［８］指出ＧＢ ５００１７—２００３在计算箱形截 对普通强度钢材压弯构件的理论研究，不仅有 面梁柱的稳定极限承载性能时，忽略了截面边长比 利于我国钢结构设计规范的不断修订和完善，还可 及壁板宽厚比的影响，计算结果误差较大；文献Ｅ９］ 以为高强度钢材压弯构件的设计提供一定的参考， 在对该类构件的相关屈曲极限承载能力进行研究时 促进钢结构压弯构件的广泛研究和应用。 指出，当壁板宽厚比较小时，规范中采用的塑性扩展 系数，不能充分利用构件的塑性扩展能力。建议采 ２高强度钢材压弯构件 用该文献中提出的直接强度法进行压弯构件整体稳 与普通钢材相比，高强度钢材具有强度高、韧性 定验算。 好等特点，在结构安全、绿色环保和节省建筑空间等 ＧＢ ５００１７—２００３对压弯构件的稳定设计没有 方面有不可比拟的优势，并且可以减少运输安装、焊 考虑扭矩的影响，陈骥介绍了德国和加拿大学者建 接等工作量，缩短工期，具有可观的经济效益ｌ２ 。 议的受扭压弯构件的稳定设计方法，建议在现行规 但目前国内外钢结构设计规范均没有专门针对高强 范中，对于两端简支双轴对称工形截面受扭压弯构 钢的设计方法和理论，而ＧＢ ５００１７—２００３对高强 件增加构件稳定性的计算口 。 度钢材性能的发挥表现出较大的作用＿２ 。 文献［１１］以单轴对称工字形截面的钢构件为研 ２．１ 高强度钢材构件特点及工程应用 究对象，指出可通过修正受弯和压弯钢构件的整体 高强度钢材的屈强比增大，而且，许多新型高强 稳定系数来体现扭矩的影响。 度钢材都表现出较高的韧性。另外，清华大学等进 １．２．３压弯构件截面设计的简化方法 行的试验结果表明，高强度钢材还具有较好的低温 实际工程设计中，钢结构构件截面试选时，往往 力学性能 、疲劳性能、耗能能力和抗震性 需要较大的试算工作量。针对上述问题，有关学者 能 。 等。 根据已有规范提供的条款，对截面选择问题进行了 目前，高强度钢材已在国内外许多实际建筑工 简化，提出较为简便的截面直接设计方法，以便于工 程中得到成功应用。如２００８年奥运会国家体育场 程应用。 馆鸟巢钢结构关键部位采用了Ｑ４６０高强度钢材； 文献［１９］对ＧＢＪ １７—８８中，压弯构件强度、平 央视新台址主楼也采用了大量Ｑ４６０Ｅ高强度钢材。 Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２０１５（１），Ｖｏ１．３Ｏ，Ｎｏ．１９３ ３ 科研开发 日本横滨Ｌａｎｄｍａｒｋ Ｔｏｗｅｒ大厦的工字形截面柱采 国外早在２０世纪６ｏ年代就开始了主要针对高 用了６００ ＭＰａ级钢材；日本的ＮＴＶ Ｔｏｗｅｒ和ＪＲ 强度钢材轴心受压构件的试验研究和理论研究，而 Ｅａｓｔ Ｊａｐａｎ总部大厦也采用了高强度钢材；德国柏 专门针对压弯构件的研究相对较少；国内针对高强 林的索尼中心大楼和美国休斯敦的雷利昂体育馆等 度钢材构件的研究则开始得相对较晚一些，主要是 均采用了高强度钢材；国内外一些桥梁工程和输电 针对一些轴压和压弯构件的试验和理论研究。其 塔等工程中也应用了高强度钢材。 但由于各国规范对屈强比和伸长率等的限定， 中，国内外主要针对高强度钢材轴压和压弯构件的 如表２所示，在一定程度上了高强度钢材在抗 残余应力、构件稳定性承载力和力学性能等方面进 震设防区的广泛应用＿２ 。因此，亟需对高强度钢材 行了研究，以及用试验数据验证有限元软件分析的 构件展开进一步的研究，制定更合理的设计方法和 准确性，利用有限元软件对构件滞回性能等进行分 规定。 析，并通过试验研究和数值模拟，判断现行规范对高 ２．２ 高强度钢材压弯构件研究进展 强度钢材构件的适用性，为规范的修订提供参考。 表２各国规范对钢材力学性能的限值 ２．２．１ 高强度钢材压弯构件稳定性能研究 Ｇｒｅｇｏｒｙ等利用９根短柱和１２根长柱，对 国内外已进行了许多关于高强度钢材压弯构件 ０．４２ ｍｍ厚Ｇ５５０槽钢进行了局部屈曲和扭转屈曲 稳定性方面的研究，包括整体稳定性、局部稳定性和 及其间相互作用的测试，建议ＡＩＳＩ ２００１等相关规 相关稳定性的研究，以及残余应力等对构件稳定性 范应考虑局部屈曲和扭转屈曲的相互影响 。 的影响等。高强钢构件与普通钢构件相比，残余应 Ｒａｓｍｕｓｓｅｎ等对１３根名义屈服强度６９０ ＭＰａ 力的分布形式没有很大变化，但是，由于高强度钢材 的焊接高强钢箱形、Ｈ形梁柱进行了轴压和压弯试 残余应力与钢材屈服强度的比值减小，残余应力对 验［３ ，目的在于为６９０ ＭＰａ高强钢柱从澳大利亚钢 构件稳定性的影响减小等原因，构件整体稳定性能 结构规范中找到一条合适的柱子曲线。 有所提高，但具体提高幅度、设计方法和计算公式， 试验证明：残余应力对高强度钢材的影响比对 还需参考我国钢结构规范制订时的思路，利用经试 普通钢材的影响小，高强钢构件稳定性系数增大，构 验验证的数值计算模型进行大量参数分析和算例计 件截面常数ａ ＝＝＝一０．５较钆一０的柱子曲线更适 算后得到 。 用。Ｎｉｓｈｉｎｏ等对箱形轴压柱的试验结果同样表 Ｕｓａｍｉ等对２５根不同长度、宽厚比和不同截面 明，钢材强度越高，残余应力对柱局部稳定性的影响 形状的高强度钢材构件进行了梁柱局部稳定的试验 越小 。 及理论研究，采用有效宽度概念能有效地预测宽厚 班慧勇等对Ｑ４２０热轧等边角钢轴压钢柱进行 比较大构件局部屈曲特征，并提出一种能够预测具 了残余应力研究＿＿４ ，并在此基础上对６０个该类钢 有初始缺陷的局部屈曲柱极限承载力的近似法 。 柱进行了整体稳定性能的试验研究 引，试验结果表 文献［３５］对２４根轴压和３根压弯焊接高强度 明，该类构件的整体稳定系数的试验平均值明显高 钢材箱形柱进行了相关稳定方面的试验研究，在试 于ＧＢ ５００１７～２００３中的柱曲线。 验结果的基础上提出了相关稳定设计公式。 李国强、闫晓雷等在Ｑ４６０高强度钢焊接Ｈ形 文献Ｅ３６２也对高强钢焊接工字形截面压弯构件 和箱形截面弱轴压弯构件的研究中同样发现 ］， 进行了相关屈曲分析，提出了局部一整体相关屈曲 其整体稳定性承载力试验值明显高于规范设计公式 极限承载力修正公式。 计算值。 ４ 钢结构 ２０１５年第１期第３Ｏ卷总第１９３期 杨 璐，等：钢结构压弯构件研究进展综述 ２．２．２ 高强度钢材压弯构件抗震和滞回性能 随着钢材强度的提高，钢材屈强比变大，断后伸 长率减小，造成高强度钢材不再满足ＧＢ ５００１７— ２００３等规范的要求。现行钢结构设计规范等对屈 强比、伸长率等的要求主要是基于普通钢而制订的， 其对高强度钢材的适用性有待研究。 目前，国内外对钢柱抗震滞回性能的研究主要 局限于普通钢构件 ，而对高强度钢材压弯构件 抗震滞回性能的研究较少。对高强度钢材压弯构件 抗震滞回性能进行研究，有利于促进规范的修订和 高强度钢材在抗震设防区的应用。 为了解决高强钢在抗震设防区的应用问题，文 力对Ｑ４６０Ｃ高强度钢材焊接Ｈ形和箱形截面柱的 滞回性能影响较小。 ２．２．３ 有限元软件在钢结构压弯构件研究中的 应用 有限元分析软件在压弯构件研究中的应用，可 以减少试验次数、节省材料和试验费用。许多研究已 经通过试验结果验证了有限元分析在模拟构件极限 承载力和滞回性能等方面的有效性，并在此基础上， 利用有限元软件就相关课题进行更深一步的 研究 。 Ｇａｏ等利用ＡＢＡＱｕｓ有限元软件，对平面内 和平面外循环荷载作用下，偏心箱形截面和圆管形截 面柱的极限承载力和延性进行研究时表明［４３ ４４一，在 献［４７］基于“三水准设防，两阶段设计”的抗震设计 原理提出两种设计思路：一种是通过提高延性较差 不考虑初始缺陷和残余应力影响的情况下，可获得轴 压和偏压构件承载力方面的关系方程，进而通过轴压 构件的试验直接获得循环荷载作用下偏心受压柱的 极限承载力和延性。 的高强钢结构的地震作用，从而降低地震作用下对 结构及构件的延性需求；另一种是通过设置专门的 屈服控制和耗能装置，使其在罕遇地震作用下首先 屈服并产生塑性变形耗散地震能量，以避免高强钢 Ｎａｋａｓｈｉｍａ对冷弯箱型截面压弯构件进行的滞 回性能研究＿４引，同样采用了有限元软件，通过与试 验结果比较，验证了有限元模型在模拟构件材料屈 服和局部屈曲时的可行性。 构件在罕遇地震作用下进入塑性状态，从而减免高 强钢构件在地震作用下的延性需求。 Ｋｕｗａｍｕｒａ等通过张拉测试和短柱试验，对具 有低屈服率的高强钢压弯构件进行了滞回性能的研 究 。研究结果表明，低屈服率的高强度钢材比普 通钢材表现出更好的延性和耗能能力，可用于抗震 建筑。 Ｎｅｗｅｌｌ对９根宽翼缘Ｗ１４工字形钢柱进行了 轴力和水平循环加载试验［４ ，以模拟支撑框架柱的 文献１－４１—４２］分别运用ＡＮＳＹＳ有限元分析软 件，在考虑初始几何缺陷和残余应力等的基础上，对 焊接高强度钢材压弯构件整体稳定性承载力进行了 有限元模拟，并通过与试验结果进行对比，验证了有 限元分析的有效性。 文献［５０，５４］对高强度钢材压弯构件滞回性能 进行了有限元分析，表明应用有限元软件能较好地 模拟构件的滞回性能。 底层柱在地震作用下的塑性转角能力。结果表明， ＡＳＣＥ ４１规范对该类构件塑性转角能力的规定较 为保守。 文献［１５—１６］利用有限元软件对箱形截面梁柱 的稳定极限承载性能和相关屈曲极限承载能力进行 文献［５０］对Ｑ４６ｏ高强钢材工形压弯构件的低 周往复加载试验表明，在水平往复荷载下，Ｑ４６ｏ高 了研究分析。文献［３６］的研究表明，有限元法还能 很好地分析腹板高厚比超限的工字形截面压弯构件 非线性屈曲性能。 强度钢材工形压弯构件能充分发挥其塑性变形和板 件屈曲，当翼缘和腹板宽厚比超限时，试件承载力退 化仍然较慢，极限层间位移角明显大于１／５ｏ，表现 出良好的抗震性能、耗能能力和极限承载能力。并 文献［５５］以焊接残余应力分布为初始应力，同 时考虑初始偏心、初始弯曲挠度等几何缺陷，对 建议板件宽厚比限值应与轴压比相联系，即轴压比 越大，板件宽厚比应越小。 Ｑ４６ｏ高强钢焊接箱形压弯构件极限承载力进行了 数值积分和有限元分析两种数值模拟，模拟结果与 文献［５１］对Ｑ４６ｏＣ高强度钢材焊接Ｈ形和箱 形截面柱进行了轴压比为０．３的低周反复加载试 验，并测得了相应的滞回模型。试验结果还表明，宽 厚比的大小对滞回性能有较大的影响。 试验结果基本吻合，说明利用数值分析方法计算压 弯构件极限承载力的可行性。 ３结论与展望 文献Ｅ５２］在该试验的基础上，利用ＡＮＳＹＳ对 上述构件滞回性能进行了模拟，表明试件内残余应 Ｓｔｅｅ１ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２０１５（１），Ｖｏ１．３０，Ｎｏ．１９３ 本文总结了国内学者对普通钢结构压弯构件稳 定性的理论研究，以及国内外学者对高强度钢材压 ５ 科研开发 弯构件的理论和试验研究。可得出以下结论与 展望： Ａｌｌｏｗａｂｌｅ Ｓｔｒｅｓｓ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｓ］．Ｃｈｉｃａｇｏ：Ａ— ｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｉｎｃ，１ ９８９． １）本文回顾了一些简化的截面设计方法，可减 ［１８］陈绍蕃．钢压弯构件空间失稳的几个方面［Ｊ］．西安冶金建筑 学院学报，１９９０，２２（１）：１—１０． ［１９］张国学．钢压弯构件截面的选择方法［Ｊ］．建筑结构，１９９７ （６）：１９—２０． 少工作量。另外，ＧＢ ５００１７—２００３在等效弯矩系数 等的取值方面存在问题，有待研究完善。 ２）高强度钢材压弯构件较普通钢在承载力等方 面有不可比拟的优势，现有规范的很多规定了 高强度钢材优势的发挥，因此，亟需对现行规范进行 相应的修订和完善。 ３）国内外对高强度钢材压弯构件滞回性能和抗 震性能等的研究相对较少，还需进一步补充或开展 相关方面的研究。有限元软件能够较准确地计算压 ［２０］姚谏．钢结构轴心受压构件和压弯构件截面的直接设计法 ［Ｊ］．建筑结构，１９９７（６）：１３—１８． ［２１］方恬．焊接Ｈ形截面钢压弯构件截面优化设计［Ｊ］．建筑结 构，２００６，３６（１０）：６１—６３． ［２２］彭兴黔．工字形单向压弯构件截面设计的直接算法［Ｊ＿．华侨 大学学报：自然科学版，２００３，２４（１）：５６—５９． ［２３］施刚，班慧勇，石永久，等．高强度钢材钢结构研究进展综述 ［Ｊ］．工程力学，２０１３，３０（１）：１—１３． 弯构件的滞回性能等，可为规范的修订提供参考。 参考文献 ［１］ 夏志斌，姚谏．钢结构原理与设计［Ｍ］．北京：中国建筑工业 出版社，２００５． ［２４］施刚，班慧勇，石永久，等．高强度钢材钢结构的工程应用及 研究进展［Ｊ］．工业建筑，２０１２，４２（１）：１—７． ［－２５］王元清，林云，张延年，等．高强度钢材Ｑ４６０Ｃ低温力学性能 试验口］．沈阳建筑大学学报：自然科学版，２ｏ１１，２７（４）： ６４６—６５２． －［２６］施刚，王飞，戴国欣，等．Ｑ４６ｏｃ高强度结构钢材循环加载试 验研究［Ｊ］．东南大学学报：自然科学版，２０１ｉ，４ｉ（６）：１２５９— １２６５． ［２］陈骥．钢结构稳定性理论与设计［Ｍ］．北京：科学出版 社，２００８． ［３］朱召泉．钢结构构件稳定性问题浅析［Ｊ］．钢结构，２０１１，２６ （３）：］ ５． ［２７］Ｓｈｉ Ｇ，Ｗａｎｇ Ｍ，Ｂａｉ Ｙ，ｅｔ ａ１．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｈｉｇｈ—Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｓｔｅｅｌ Ｕｎｄｅｒ Ｃｙｃｌｉｃ Ｌｏａｄｉｎｇ ［４］ 陈绍蕃．钢结构设计规范的回顾与展望ＥＪ］．工业建筑，２００９， ３９（６）：１ １ ２． ＥＪ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１２，３７（４）：１—１ ３． ［２８］班慧勇，施刚，石永久，等．建筑结构用高强度钢材力学性能 研究进展［Ｊ］．建筑结构，２０１３，４３（２）：８８ ９４． ［２９２ ＢＳ ＥＮ １９９３—１ １２，Ｅｕｒｏｃｏｄｅ ３－Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｓｔｅｅｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ：Ｐａｒｔ １—２：Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ Ｒｕｌｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ＥＮ １９９３ ｕｐ ｔｏ ［ｓ３彭兴黔．钢结构连接和压弯构件的几个问题［Ｊ］．标准与规 范，２００３．１８（５）：１ ６—１８． ［６］ 陈绍蕃．钢压弯构件面内等效弯矩系数取值的改进（上）一两端支承的构件ＥＪ］．建筑钢结构进展，２０１０，１２（５）：Ｉ一７． Ｓｔｅｅｌ Ｇｒａｄｅｓ￥７００ Ｅｓ］．Ｉ ｏｎｄｏｎ：ＢＳＩ，２００７． ｒ３Ｏ］ＡＮＳＩ／ＡＩＳＣ ３４１—０５．Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｐｒｏｖｉｓｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｓｔｅｅｌ ［７］ 陈绍蕃．钢压弯构件面内等效弯矩系数取值的改进（下）—— 两端支承的构件［Ｊ］．建筑钢结构进展，２０１０，１２（５）：８—１２． ［８］ 刘涛，郭彦林．箱形截面构件稳定承载力的直接强度设计法 ＿Ｊ］．工业建筑，２００９，３９（９）：３６ ４０． Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ［ｓ］．Ｃｈｉｃａｇｏ：ＡＩＳＣ ＩＮＣ，２００５． ［３１］ＡＳＴＭ Ａ９１３／Ａ９ｌ３Ｍ一０４．Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ～ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｌｏｗ－Ａｌｌｏｙ Ｓｔｅｅｌ Ｓｈａｐｅｓ ｏｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｑｕａｌｉｔｙ，Ｐｒｏ～ Ｅ９］郭彦林，刘涛．箱形截面构件局部与整体相关稳定承载力的 直接强度设计法［Ｊ］．工业建筑，２００９，３９（９）：４１—４８． Ｄｏ］陈骥．受轴压、双向弯曲和扭矩作用的两端简支工形截面压弯 构件的稳定设计口］．建筑钢结构进展，２０１０，１２（３）：７—１３． ［１］］田兴运．扭矩对受弯和压弯钢构件整体稳定性的影响［Ｊ］．工 程力学，２０ｌｏ，２７（６）：１０６一ｉ】２． ｄｕｃｅｄ ｂｙ Ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ａｎｄ Ｓｅｌｆ－Ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ（ＱＳＴ）［ｓ］． Ｗｅｓｔ Ｃｏｎｓｈｏｈｏｃｋｅｎ，ＰＡ：ＡＳＴＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉ０ｎａｌ，２００４． ［３２］ＡＳ ４１００ １９９８．Ａｕｓｔｒａｌｉａｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ：Ｓｔｅｅｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［ｓ］． Ｈｏｍｅｂｕｓｈ，ＮＳＷ：Ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ａｕｓｔｒａｌｉａ，１９９８． ［３３］班慧勇，施刚，刘钊，等．Ｑ４２０等边角钢轴压杆整体稳定性 能试验研究ｒ－ｊ］．建筑结构学报，２０１１，３２（２）：６０ ６７． ［３４］Ｕｓａｍｉ Ｔ，Ｆｕｋｕｍｏｔｏ Ｙ．Ｗｅｌｄｅｄ Ｂｏｘ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｍｅｍｂｅｒｓ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１ ９８１，１１０（１０）：２４５７ ２４７０． ［１ ２］沈祖炎．中国《钢结构设计规范》的发展历程［Ｊ］．建筑结构学 报．２Ｏ１ ０，３Ｉ（６）：１—６． ［１ ３］顾迪民．钢结构单向压弯构件稳定计算公式剖析［Ｊ］．哈尔滨 建筑工程学院学报，１９８５（１）：８６ ９４． ［３５］Ｕｓａｍｉ Ｔ，Ｆｕｋｕｍｏｔｏ Ｙ．Ｌｏｃａｌ ａｎｄ Ｏｖｅｒａｌｌ Ｂｕｃｋｌｉｎｇ ｏｆ Ｗｅｌｄｅｄ Ｂｏｘ Ｃｏｌｕｍｎｓ ＥＪ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，１９８２， １０８（ＳＴ３）：５２５ ５４２． ［】４］杨应华．宽薄腹工形截面压弯构件的平面内稳定设计［Ｊ］．建 筑钢结构进展，２００６，８（１）：４７ ５Ｏ． １－３６］申红侠，杨春辉．高强钢焊接工字形截面压弯构件局部 整 体相关屈曲分析［Ｊ］．建筑结构，２０１３，４３（２２）：３３—３８． ［３７］Ｙａｎｇ Ｄｅｍａｏ，Ｈａｎｃｏｃｋ Ｇ Ｊ．Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｔｅｓｔｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｓｔｅｅｌ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃｏｌｕｍｎｓ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｌｏ— ［１ ５］罗刚．中美钢结构基本构件安全度差异的比较分析ＥＪ］．浙江 建筑，２ｏｉｏ，２７（ｉ２）：１２】９． Ｌｌ６］ＡＩＳＣ ３６０ ０５．Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｓｔｅｅｌ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ［Ｓ］． Ｃｈｉｃａｇｏ：Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｉｎｅ，２０Ｏ５． ｃａｌ ａｎｄ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎａｌ Ｂｕｃｋｌｉｎｇ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉ— ｎｅｅｒｉｎｇ，２００４，１３０（１２）：１９５４—１９６３． ［１７］ＡＩＳＣ￥３３５—１９８９．Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｓｔｅｅｌ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ［－３８］Ｒａｓｍｕｓｓｅｎ Ｋ Ｊ Ｒ，Ｈａｎｃｏｃｋ Ｇ Ｊ．Ｔｅｓｔｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｓｔｅｅｌ 钢结构 ２０１５年第１期第３Ｏ卷总第１９３期 杨璐，等：钢结构压弯构件研究进展综述 Ｃｏｌｕｍｎｓ ＥＪ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｃ。ｎｓｔｒｕｃｔｉ０ｎａｌ Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１ ９９５， ［４７］李国强，王彦博，陈素文，等．高强度结构钢研究现状及其在 ３４（１）：２７ ５２． 抗震设防区应用问题［Ｊ］．建筑结构学报，２０１３，３４（１）：１—１３． Ｅ３９］Ｎｉｓｈｉｎｏ Ｆ，Ｕｅｄａ Ｙ，Ｔａｌｌ Ｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ［４８］Ｋｕｗａｍｕｒａ Ｈ，Ｋａｔｏ Ｂ．Ｉｎｅｌａｓｔｉｃ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｂｕｃｋｌｉｎｇ ｏｆ Ｐｌａｔｅｓ ｗｉｔｈ Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ｓｔｒｅｓｓｅｓ［ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅ ｄｉｎｇｓ。ｆ Ｓｔｅｅｌ Ｍｅｍｂｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｌｏｗ Ｙｉｅｌｄ Ｒａｔｉｏ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｍｅｍｂｅｒｓ．Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，ＰＡ： ２ｎｄ Ｐａｃｉｆｉｃ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ．Ｖｉｃｔｏｒｉａ，Ａｕｓｔｒａｌｉａ： ＡＳＴＭ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ，１ ９６７：１２—３０． ＡＲＲＢ Ｃｒｏｕｐ Ｌｔｄ，１９８９：４２９—４３７． ［４ｏ］班慧勇，施刚，邢海军，等．Ｑ４２ｏ等边角钢轴压杆稳定性能 Ｅ４９］Ｎｅｗｅｌｌ Ｊａｍｅｓ Ｄ，Ｕａｎｇ Ｃｈｉａ—Ｍｉｎｇ．Ｃｙｃｌｉｃ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｓｔｅｅｌ 研究～残余应力的试验研究（Ｉ）［Ｊ］．土木工程学报，２０１０， Ｗｉｄｅ—Ｆｌａｎｇｅ Ｃｏｌｕｍｎｓ Ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔＯ Ｌａｒｇｅ Ｄｒｉｆｔ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ４３（７）：１４ ２１． Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００８，１３４（８）：１３３４—１３４２． ［４１］李国强，闫晓雷，陈素文．Ｑ４６ｏ高强度钢材焊接Ｈ形截面弱 ［ｓｏｌ施刚，邓椿森，班慧勇，等．Ｑ４６０高强度钢材工形压弯构件抗 轴压弯柱承载力试验研究［Ｊ］．建筑结构学报，２０１２，３３ 震性能的试验研究［Ｊ］．土木工程学报，２０１２，４５（９）：５３～６１． （１２）：３１—３７． ［５１］李国强，王彦博，陈素文，等．Ｑ４６ＯＣ高强度结构钢焊接Ｈ形 Ｅ４２］李国强，闫晓雷，陈素文．Ｑ４６ｏ高强钢焊接箱型压弯构件极 和箱形截面柱低周反复加载试验研究［Ｊ］．建筑结构学报， 限承载力试验研究［Ｊ］．土木工程学报，２０１２，４５（８）：６７—７３． ２Ｏ１３，３４（３）：８０—８６． ［４３］Ｇａｏ Ｓ，Ｕｓａｍｉ Ｔ，Ｇｅ Ｈ．Ｅｃｃｅｎｔｒｉｃａｌｌｙ Ｌｏａｄｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｌｕｍｎｓ ［５２］李国强，王彦博，陈素文 等．Ｑ４６ＯＣ高强度钢柱滞回性能有 Ｕｎｄｅｒ Ｃｙｃｌｉｃ ｉｎ—Ｐｌａｎｅ Ｌｏａｄｉｎｇ ＥＪ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｅｎ 限元分析［Ｊ］．建筑结构学报，２０１３，３４（３）：８７ ９２． ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０００，１２６（８）：９６４—９７３． ［５３２施刚，石永久，王元清．超高强度钢材焊接箱形轴心受压柱整 ［４４３ Ｇａｏ Ｓ，Ｕｓａｍｉ Ｔ，Ｇｅ Ｈ．Ｅｃｃｅｎｔｒｉｃａｌｌｙ Ｌｏａｄｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｌｕｍｎｓ 体稳定的有限元分析ＥＪ］，沈阳建筑大学学报：自然科学版， Ｕｎｄｅｒ Ｃｙｃｌｉｃ ｏｕｔ—ｏｆ—Ｐｌａｎｅ Ｌｏａｄｉｎｇ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ２００９，２５（２）：２５５—２６１． Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０００，１２６（８）：９７４—９８１． ［５４２邓椿森，施刚，张勇，等．高强度钢材压弯构件循环荷载作用 Ｅ４５３陈以一，周锋，陈城．宽肢薄腹Ｈ形截而钢柱的滞回性能 下受力性能的有限元分析［Ｊ］．建筑结构学报，２０１０（增刊）： ［Ｊ］．世界地震工程，２００２，１８（４）：２３—２９． ２８—３４． ［４６］Ｎａｋａｓｈｉｍａ Ｍ，Ｌｉｕ Ｄ Ｗ．Ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ Ｃｏｍｐｌｅｔｅ Ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ［５５］闫晓雷，李国强，陈素文．Ｑ４６Ｏ高强钢焊接箱形压弯构件极 Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｌｕｍｎｓ Ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔＯ Ｃｙｃｌｉｃ Ｌｏａｄｉｎｇ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎ— 限承载力数值分析［Ｊ］．建筑钢结构进展，２０１３，１ ５（３）： ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｃ，２００５，１３Ｉ（６）：５５９ ５６７． ］２一】８． （上接第３６页） 立架的工作状态。 拉强度大的性能，结构计算上不用考虑构件稳定问 悬挂式立架也不是均处于受拉状态，当箕斗或 题，节省钢材。非悬挂式立架柱处于压弯受力状态， 罐笼未在正常位置停车发生过卷事故时，立架柱在 要考虑构件的失稳问题，柱截面大，相对悬挂式耗钢 防过卷装置部位处于压弯状态，由于悬挂式立架柱 量大。 截面较小，在此部位设支撑，可减小钢柱的计算长 立架是否采用悬挂式对斜撑的影响较小，不会 度，提高承载能力。 导致斜撑耗钢量的增加，而且由于立架本身有一定 的刚度，一定程度上减少了地震作用及风荷载下斜 ］ 撑的位移。 立架宜设支撑，或在卸载部位设支撑加强，以 一 提高立架的刚度，减少卸载冲击力下立架的变形， ／ ／ 如取消支撑应验算卸载部位立架的变形是否满足 要求。 —— Ｌ－Ｅ 参考文献 ［１］ ＧＢ ５０１９１—２０１２构筑物抗震设计规范ＥＳ］． 注：Ｐ为作用于曲轨上的力；Ｐｈ为作用于角罐道上的力。 ［２］ ＧＢ ５０３８５—２００６矿山井架设计规范Ｅｓ］． 图５曲轨卸载受力示意 ［３２ 许涛．昌邑铁矿主井井架的优化设计［Ｊ］．钢结构，２０１２，２７ （１２）：５０ ５２． ４结 语 ［４］ 杨海林．胡家河主井井架设计方案优选［Ｊ］．钢结构，２０１３，２８ 悬挂式立架柱承受拉力，充分发挥了钢结构抗 （６）：５３—５６． Ｓｔｅｅ１ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２０１５（１），Ｖｏ１．３０，Ｎｏ．１９３
