为了保证实腹式轴心受压构件的局部稳定,通常采用限制其板件宽(高)厚比的方法来实现。确定板件宽(高)厚比限值的原则有两种:

①使构件应力达到屈服前其板件不发生局部屈曲,即局部屈曲临界应力不低于构件的屈服应力;

②使构件整体屈曲前其板件不发生局部屈曲,即局部屈曲临界应力不低于整体屈曲临界应力,也称等稳定性准则。

《钢结构设计标准》(GB50017—2017)在规定轴心受压构件宽厚比限值时,主要采用准则②,在长细比很小时参照准则①加以调整。

具体来讲,轴心受压构件当采用轧制型钢,如工字钢、H型钢、槽钢、T型钢、角钢等,其翼缘和腹板一般都有较大厚度,宽厚(高)比相对较小,都能满足局部稳定要求,可不作验算。但对于焊接组合截面构件(图5.14),一般采用限制板件宽厚(高)比的办法来保证局部稳定,即根据局部稳定和整体稳定的等稳定性,应保证板件的局部稳定临界应力σcr不小于构件整体稳定的临界力φfy:

1)工字形截面

由于工字形截面[图5.14(a)]的腹板一般较薄,对翼缘板几乎没有嵌固作用,因此翼缘可视为三边简支一边自由的均匀受压板,取屈曲系数k=0.425,弹性嵌固系数χ=1.0。而腹板可视为四边简支板,屈曲系数k=4。当腹板屈曲时,翼缘板作为腹板纵向边的支承,对腹板起到一定的弹性嵌固作用,可使腹板的临界应力提高,根据试验可取弹性嵌固系数χ=1.3。由式(5.24)可分别得到翼缘板外伸部分的宽厚比b′/t与长细比λ的关系曲线以及腹板高厚比h0/tw与长细比λ的关系曲线。两种曲线的关系式都较为复杂,为了便于应用,《钢结构设计标准》(GB50017—2017)采用下列简化的直线式表达:

图5.14　轴心受压构件板件宽厚比

翼缘

腹板

式中　λ——构件两方向长细比的较大值,当λ<30时,取λ=30;当λ>100时,取λ=100。

2)T形截面(www.daowen.com)

T形截面[图5.14(b)]轴心受压构件的翼缘板外伸宽度b′与厚度t之比和工字形截面相同,其翼缘板b′/t限值按式(5.25)计算。

T形截面的腹板也是三边支承一边自由的板,但它受到翼缘弹性嵌固作用稍强,《钢结构设计标准》(GB50017—2017)规定腹板高厚比h0/tw的限值按下列规定计算:

热轧T型钢

焊接T型钢

式中λ的取值同上。

3)箱形截面

箱形截面[图5.14(c)]轴心受压构件的翼缘和腹板在受力状态上并无区别,均为四边支承板,翼缘和腹板的刚度接近,可取χ=1。《钢结构设计标准》(GB50017—2017)采用准则①得到的宽厚比限值与构件的长细比无关,即

4)圆管截面

圆管截面属于圆柱壳,根据弹性稳定理论,无缺陷的圆柱壳(外径为D,管壁厚度为t)在均匀轴心压力下的弹性屈曲临界应力为:

由于壳体屈曲对缺陷的敏感性大,所以圆管的缺陷对σcr的影响显著,一般要将理论计算结果折减很多,并且局部屈曲往往发生在弹塑性阶段,弹性临界应力仍需加以修正。《钢结构设计标准》(GB50017—2017)规定为: