采用GB 50018—2002计算壁厚小于2 mm的受弯构件承载力的适用性分析

摘要：对各国已有的壁厚小于2 mm的冷弯薄壁型钢梁受弯性能试验中的86根槽形、40根Z形、6根帽形和6根工字形冷弯薄壁型钢梁的试验资料进行总结。采用中国《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB 50018—2002）第5.3节中受弯构件的相关规定计算各构件的极限承载力，将计算结果与试验结果进行比较。结果表明：按中国规范GB 50018—2002规定计算壁厚小于2 mm的冷弯薄壁型钢受弯构件承载力是可行的，试验值均大于规范理论计算值，规范理论计算值偏于安全。

关键词：冷弯薄壁型钢；受弯构件；承载力；规范；壁厚

中图分类号：TU375.4文献标志码：A

Applicability Analysis of Bear Capacity of Flexuval Members with

Thickness Less than 2 mm Calcuated Using GB 50018—2002GAO Tingting1， ZHOU Xuhong1，2， LIU Yongjian1， LI Zhe1， SHI Yu1

（1. School of Civil Engineering， Changan University， Xian 710061， Shaanxi， China；

2. School of Civil Engineering， Chongqing University， Chongqing 400044， China）Abstract： The experiments at home and abroad about bending behaviour of coldformed steel beams with thickness less than 2 mm were summarized， including eightysix channelsection specimens， forty Zsection specimens， six hatsection specimens and six Isection specimens. The specimens bending capacity was calculated by the provisions of chapter 5.3 in Chinese Current Technical Code of Coldformed Thinwalled Steel Structures （GB 50018—2002）， and the calculation results were compared with the test results. The results show that the process of calculating bearing capacity according to Chinese Code GB 50018—2002 is feasible， and the test results are higher than calculation values， which means the using of calculation formula set in the norm is reasonable.

Key words： coldformed thinwalled steel； flexural member； bear capacity； code； thickness

0引言

近年来，冷弯薄壁型钢结构住宅体系在各国得到广泛应用，此类房屋的冷弯薄壁型钢构件的壁厚大都在2 mm以下，而中国《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB 50018—2002）[1]第4.3.1条中规定冷弯薄壁型钢结构的主要承重构件壁厚不宜小于2 mm。本文中笔者对各国已有的壁厚2 mm以下的冷弯薄壁型钢受弯构件的试验资料进行总结，按照槽形截面、Z形截面、帽形截面和工字形截面进行分类，并采用中国规范GB 50018—2002第5.3节中受弯构件的相关规定计算各构件的极限承载力，以讨论采用中国规范GB 50018—2002计算壁厚小于2 mm的冷弯薄壁型钢梁承载力的适用性。

1冷弯薄壁型钢槽形截面梁

1.1试验概况

图1为冷弯薄壁型钢槽形截面梁，其中，t为壁厚，b为受压翼缘宽度，h为腹板高度，a为卷边宽度，c为二次卷边宽度。

图1冷弯薄壁型钢槽形截面梁

Fig.1Channelsection Beams of Coldformed

Thinwalled SteelYu等[23]对两端简支的冷弯薄壁型钢槽形截面梁进行了畸变屈曲试验和局部屈曲试验研究，梁的截面形式见图1（a）。畸变屈曲试验中槽形钢共15个试件，其中有12个试件壁厚小于2 mm，壁厚变化范围为0.86～1.80 mm；局部屈曲试验中槽形钢共12个试件，其中有11个试件壁厚小于2 mm，壁厚的变化范围为1.21～1.94 mm，试件长度l均为5.5 m，具体尺寸见表1，其中，Fy为试件的屈服强度，MGB为按GB 50018—2002计算的极限承载力，Mtest为试验得出的极限承载力。畸变屈曲试验壁厚小于2 mm的12个试件中有3个发生局部屈曲破坏，其余9个均为畸变屈曲破坏。局部屈曲试验的试件均为局部屈曲破坏（表1）。

Maduliat等[4]对42根壁厚在1.55 mm左右的冷弯薄壁槽形钢梁进行了纯弯试验研究，组成梁截面的钢槽截面形式见图1，具体尺寸见表1。试件长度均为0.5 m，试验整个过程保证试件不发生整体屈曲破坏。试验中42个试件的受压翼缘均发生了局部屈曲和畸变屈曲相关作用的破坏，腹板的受压区域也发生了局部屈曲破坏（表1）。平均值[12]0.79标准差[12]0.11Pham等对两端简支的槽形梁受弯性能进行了试验研究，截面梁的钢槽截面形式见图1（a），试验共12个试件，其中有8个试件壁厚小于2 mm，壁厚分别为1.5，1.9 mm，具体尺寸见表1。试件计算长度均为2.6 m，试验整个过程保证试件不发生截面受剪、整体屈曲破坏。试验现象表明，6个试件仅发生局部屈曲，其余2个试件同时发生了局部与畸变屈曲相关作用的破坏（表1）。

何保康等对13根两端简支冷弯薄壁型钢槽形截面梁的受弯承载力性能进行了试验研究。截面梁的卷边钢槽截面形式见图1（a），板厚均为1.00 mm，腹板的高度为41 mm，受压上翼缘宽度分为89，40 mm两类，每类试件跨度分为1 800，2 400，3 000 mm三组，试件实际测量尺寸见表1。所有试件在加载过程中受压翼缘均出现了明显的局部屈曲波曲变形，翼缘板宽140 mm的试件比89 mm的试件局部屈曲出现得更早。大部分试件最终在跨中纯弯段内发生弯折破坏，只有3个试件发生弯折破坏的位置在靠近跨中纯弯段的集中力加载点处（表1）。

1.2中国规范计算结果与试验结果的比较

中国规范GB 50018—2002中规定冷弯薄壁型钢构件计算一般不考虑塑性发展，以截面边缘屈服为准则，且没有规定畸变屈曲的计算方法。采用GB 50018—2002中规定的有效宽度法计算上述文献中槽形截面梁的极限承载力MGB，并与试验结果Mtest进行比较（表1）。

从表1可以看出，对于受弯的冷弯薄壁槽形梁，GB 50018—2002计算的弯矩值平均低于试验值的21%，这说明按GB 50018—2002计算壁厚小于2 mm的冷弯薄壁槽形受弯构件承载力是可行的，并偏于安全。2冷弯薄壁型钢Z形截面梁

2.1试验概况

Nguyen等[7]对两端铰支的Z形截面冷弯薄壁钢梁进行了试验研究。试验共涉及不同截面尺寸的试件30个，其中27个试件为复杂卷边截面，其二次卷边宽度分别为0，10，15，20 mm，另外3个试件为简单卷边截面，卷边宽度分别为30，35，40 mm。所有试件壁厚均在2 mm以下，具体尺寸见表2。所有复杂卷边截面的一次卷边宽度均为20 mm，截面形式如图2（a）～（c）所示。

试件的长度均为1 880 mm，试件由2个相同尺寸的Z形截面背对背组成。由于梁的长度较短，2个Z形截面又相互约束，侧向刚度较大，整个试验避免了试件整体失稳的发生。除1个试件为受剪屈曲外，其余试件都是在加载点处发生局部屈曲和畸变屈曲破坏（表2）。

2.2中国规范计算结果与试验结果的比较

采用GB50018—2002的有效宽度法计算上述图2 冷弯薄壁型钢Z形截面梁

Fig.2Zsection Beams of Coldformed Thinwalled Steel文献中的冷弯薄壁型钢Z形截面梁的极限承载力MGB，并与试验结果Mtest进行比较，如表2所示。

从表2可以看出，对于受弯的冷弯薄壁Z形截面梁，采用GB 50018—2002计算的弯矩值平均比试验值低11%，这说明按GB 50018—2002计算壁厚小于2 mm的冷弯薄壁Z形截面受弯构件是可行的，并偏于安全。对于文献[7]中复杂卷边Z形梁，在一组试件中，随着二次卷边宽度的增大，Mtest增大，但当二次卷边宽度达到最大值20 mm时，Mtest有所降低。采用GB 50018—2002计算却不能出现这一现象，MGB随二次卷边宽度的增大而增大。3冷弯薄壁型钢帽形截面梁

3.1试验概况

Pastor等[8]对冷弯薄壁帽形截面梁进行了纯弯试验研究，其截面形式见图3（a），（b），试件分带卷边和不带卷边2种类型，共6种截面，试件的壁厚分别为0.6，1.5 mm，具体尺寸见表3。试件长度均为1.6 m，试验采用两点加载，试验整个过程采取了保证试件不发生整体失稳的措施，所有试件均发生了局部屈曲和畸变屈曲破坏。

图3冷弯薄壁型钢帽形截面梁

Fig.3Hatsection Beams of Coldformed

Thinwalled Steel3.2中国规范计算结果与试验结果的比较

采用中国规范GB 50018—2002的有效宽度法计算上述文献中提到的帽形截面梁的极限承载力MGB，并与试验结果Mtest进行比较，如表3所示。从表3可以看出，对于受弯的冷弯薄壁帽形截面梁，GB 50018—2002计算的弯矩值与试验值吻合较好，这说明按GB50018—2002计算壁厚小于2 mm的4冷弯薄壁型钢组合工字形截面梁

4.1试验概况

周绪红等[9]对两端简支冷弯薄壁卷边钢槽组合工字梁的受弯性能进行了试验研究。工字梁采用2根单轴对称卷边钢槽，通过腹板背靠背连接在一起，截面形式见图4，试验共9个试件，其中有6个试件壁厚小于2 mm，试件实测尺寸见表4。所有试件最终的破坏模式均为局部失稳后弯曲破坏，梁在弯曲过程中，腹板没有屈曲，自始至终全截面有效承载，而受压翼缘先于腹板屈曲，且在屈曲过程中受到腹板的约束（表4）。

4.2中国规范计算结果与试验结果的比较

将组合工字形截面梁看作一个整体，采用中国规范GB50018—2002的有效宽度法计算上述文献中提到的冷弯薄壁工字形截面梁的极限承载力图4 冷弯薄壁型钢

工字形截面梁

Fig.4Isection Beams of

Coldformed Thinwalled SteelMGB，并与试验结果Mtest进行比较，见表4。从表4可以看出，对于受弯的冷弯薄壁工字形截面梁，采用GB 50018—2002计算的弯矩值与试验值吻合较好，这说明按GB 50018—2002计算壁厚平均值[11]1.04标准差[11]0.03小于2 mm的冷弯薄壁工字形受弯构件承载力是可行的。5结语

采用中国《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB 50018—2002）计算壁厚小于2 mm的86根槽形、40根Z形、6根帽形和6根工字形冷弯薄壁型钢梁的极限承载力，通过计算结果与试验结果相比较可知，对于槽形截面梁，采用GB 50018—2002计算的弯矩值平均低于试验值的21%；对于Z形截面梁，采用GB 50018—2002计算的弯矩值平均低于试验值的11%；对于帽形和工字形截面梁，采用GB 50018—2002计算的弯矩值与试验值吻合较好，这说明GB 50018—2002中规定冷弯薄壁型钢受弯构件的承载力计算公式用于计算壁厚小于2 mm的构件是可行的，规范计算值偏于安全。因此建议规范GB 50018—2002中规定的“主要承重结构构件的壁厚不宜小于2 mm”宜做修正，以扩大规范GB 50018—2002的适用范围。参考文献：

References：[1]GB 50018—2002，冷弯薄壁型钢结构技术规范[S].

GB 50018—2002，Technical Code of Coldformed Thinwall Steel Structures[S].

[2]YU C，SCHAFER B W.Distortional Buckling Tests on Coldformed Steel Beams[J].Journal of Structural Engineering，2006，132（4）：515528.

[3]YU C，SCHAFER B W.Local Buckling Tests on Coldormed Steel Beams[J].Journal of Structural Engineering，2003，129（12）：15961606.

[4]MADULIAT S，BAMBACH M R，ZHAO X L.Inelastic Behaviour and Design of Coldformed Channel Sections in Bending[J].Journal of Thinwalled Structures，2012，51（2）：158166.

[5]PHAM C H，HANCOCK G J.Experimental Investigation of High Strength Coldformed Csections in Combined Bending and Shear[J].Journal of Structural Engineering，2010，136（7）：866878.

[6]何保康，孙亚楠，苏明周，等.壁厚2 mm以下冷弯薄壁型钢受弯构件性能试验研究[J].建筑结构，2009，39（6）：6163，76.

HE Baokang，SUN Yanan，SU Mingzhou，et al.Experimental Study on Behavior of Coldformed Steel Flexural Members with Thickness Less than 2 mm[J].Building Structure，2009，39（6）：6163，76.

[7]NGUYEN N T B，FUNG T C，YOUNG B.Strength and Behavior of Coldformed Steel Zsections Subjected to Major Axis Bending[J].Journal of Structural Engineering，2006，132（10）：16321640.

[8]PASTOR M M，ROURE F.Open Crosssection Beams Under Pure Bending[J].Journal of Thinwalled Structures，2008，46（5）：515528.

[9]周绪红，王世纪.薄壁构件稳定理论及其应用[M].北京：科学出版社，2009.

ZHOU Xuhong，WANG Shiji.Stability Theory and Its Applications of Thinwalled Member[M].Beijing：Science Press，2009.