梯形波纹钢腹板的局部屈曲强度分析
摘要：各国学者对波纹腹板局部屈曲研究时间较长，其局部屈曲强度的计算方法繁多。为此，本文总结归纳了梯形波纹钢腹板的局部屈曲强度计算公式，并综合国外的试验数据与各个公式进行对比分析，为梯形波纹钢腹板局部屈曲强度计算公式提出了建议。 关键词：波纹钢腹板；局部剪切；屈曲强度 中图分类号： tu37 文献标识码： a 文章编号：
local shear buckling strength of trapezoidal corrugated steel webs
yang yangyangwang fangli
(school of civil engineering, xi’an university of architecture and technology, xi’an 710055, china) abstract: the local buckling of corrugated steel webs has been studied extensively. the formulas for estimating the local shear buckling strength has not been clearly explained. this paper summarizes previously formulas for predicting the local buckling strength of trapezoidal corrugated web.tests results from previous research are organized.the various formulas for predicting the local shear buckling strength are compared with test results, through comparison, some recommendtation local shear buckling formula are proposed. key words: trapezoidal corrugated steel webs, elastic local
shear buckling strength, inelastic local shear buckling strength
波纹腹板能以较薄的厚度通过腹板波折获得较大的平面外刚度和剪切屈曲强度，并避免使用加劲肋。由于上述优点，波纹腹板引起了各国学者的广泛关注 。目前各国学者提出的波纹腹板局部剪切屈曲强度公式较为繁多。本文将收集到的试验数据与各公式进行对比分析，为梯形波纹钢腹板局部剪切强度公式的设计提出一些建议。
1 弹性局部屈曲强度计算公式 图1 波纹钢腹板几何参数示意图
局部屈曲发生在某个板带宽度范围内，可以认为梯形波纹腹板是由一系列沿长边互相支撑的矩形板组成，同时板的短边靠翼缘支撑。波纹板形状如图1所示。 （1）skan—southwell公式 （1）
式中e、ν分别为钢板的弹性模量和泊松比；tw为钢板厚度；hw为腹板高度；w为腹板的宽度，取平板和斜板中较宽者；kl为局部剪切屈曲系数，可按式(2)～式(4)计算： 若长边简支，短边固结： （2） 若四边简支： （3）
若四边固结： （4）
（2）修正的timoshenk公式
实际工程中w远小于hw，假定b≥c，局部屈曲发生在平板范围内，弹性屈曲强度可由timoshenk公式确定。取泊松比ν=0.3，可得： （5）
式中b为波纹钢腹板直板段宽度，c为斜板段宽度。 （3）美国aisc规范采用的公式
美国aisc规范对局部剪切屈曲系数kl的计算公式进行了简化[1]，规定： （6） （7）
（4）日本本谷桥、中野高架桥设计中采用的公式 （8）
令θ=hw/w，式（8）中kl按下式计算： ；
2 非弹性局部屈曲强度计算公式
上述局部屈曲强度计算公式均是在板是完全弹性的假定下得到的，实际工程设计中需考虑塑性对临界剪应力的影响。 （1）日本设计指南中的公式
在日本的设计指南[2]中，以剪切屈曲系数作参数，给出了波纹钢腹板局部屈曲强度（图2）的验算公式，即： （9）
图2 fhwa剪切屈曲强度曲线
式中：为波纹钢腹板的局部屈曲强度，为剪切屈服强度。 （2）瑞典规范的公式[3] （10）
（3）elgaaly公式[4] （11）
（4）abbas公式[5] (12)
3 各种计算公式的比较分析
由上可知，各国学者提供的局部屈曲强度公式众多，本文将国外的一些试验结果[6]与上述各公式进行了对比分析。限于篇幅，本文将不列出各试验的试验参数，表1给出了试验值与各公式计算值之比的一些统计参数，其中τe为试验得到的极限剪切强度，τ1为式（1）按kl为长边简支、短边固定计算的值，τ2为式（1）按kl为四边简支计算的值，τ3为式（1）按kl为四边固支计算的值，τ4为式（5）的计算值，τ5为式（7）的计算值，τ6为式（8）的计算值。
表1 各种公式计算值与试验值的符合程度
通过对比分析可得如下结论：
（1）把边界条件看作长边简支、短边固支得到的局部屈曲强度与实测值较为接近，把边界条件看作四边固支的结果显然偏大。各公式算出的局部屈曲强度值大小排列为τ3>τ1>τ2>τ5>τ4，τ2=τ6。
（2）大部分试验的屈曲破坏是非弹性范围内的屈曲破坏。 （3）瑞典公式与试验值非常接近，但安全储备不够；abbas公式过低估计了构件的承载力；日本设计指南和elgaaly公式均略微保守，有一定的安全储备，elgaaly公式的均值与试验值更为接近，但分布较离散，而日本设计指南的计算值与实测值符合程度较优，因此推荐设计中采用日本设计指南的公式。 4结论
本文综合国内外有关学者的研究结果，总结归纳了梯形波纹钢腹板的局部屈曲强度公式，并用前人的试验数据对不同计算公式进行比较，提出了推荐公式。国外对波纹腹板钢梁的研究仍在继续，多用于桥梁工程，国内对这种构件的应用也在不断发展，波纹腹板结构必将有广阔的发展前景。 5参考文献
[1] johnson r p，cafolla．corrugated webs in plate girders for bridges[j]．proceedings of the institution of civil engineering，structures and buildings，1997，123：157-1．
[2] design manual for pc bridges with corrugated steel webs：research committee for hybrid structures with corrugated steel webs；1998[in japanese]．
[3] swedish institute of steel construction．swedish code for light-guage metal structures [s] ．stockholm sweden，1982．
[4] elgaaly m，hamilton r w and seshadri a．shear strength of beams with corrugated webs．j struct eng，asce 1996；122(4)：390-398．
[5] abbas h h，sause r，diver r g．shear strength and stability of high performance steel corrugated webs girders[c]// structural stability research council annual technical session．2002；361-387．
[6] hamilton rw．behavior of welded girder with corrugated webs．ph．d thesis．maine：university of maine；1993．