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摘要：本文采用有限条法，对两端简支且受相等端弯矩作用的卷边翼缘H形截面梁的失稳机理以及稳定承载力进行了分析。通过大量的数值计算系统地研究了卷边宽度系数、截面宽高比、腹板高厚比、翼缘宽厚比等四个参数，并得到了上述参数对稳定承载力的影响规律。为我国冷弯薄壁型钢规范的修订提供了参考数据。
关键词：卷边翼缘；冷弯薄壁型钢；畸变屈曲；稳定承载力
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
0.引言：
随着冶金技术的不断发展，高强度冷弯薄壁型钢在轻型钢结构中得到了广泛的应用。本文所研究的卷边翼缘H形截面作为一种新型的截面形式可以作为轻型房屋结构中的梁柱构件，亦能在大跨度的屋面结构中作为檩条使用。其截面性质，特别是平面外的抗弯刚度远远优于C形和Z形截面的构件。梁作为受弯构件在承受弯矩作用时可能发生整体的侧向失稳破坏、局部失稳、畸变失稳以及畸变失稳与局部失稳的相关相关作用。在卷边翼缘H形截面中由于卷边的存在从而增加了截面绕弱轴的截面惯性矩，进而使得整体侧向屈曲荷载得到了提高。卷边的存在使得梁端为简支条件下的翼缘板由三边简支变为三边简支一边加劲或四边简支的边界条件，从而提高了翼缘板的屈曲后强度。本文采用有限条法对卷边宽度系数、截面宽高比、腹板高厚比、翼缘宽厚比等四个参数进行了系统地研究，并得出了相应的变化规律。
1.有限条法原理：
有限条法是一种用途广泛且精确度较高的数值分析方法，它舍弃了板组间棱线保持直线的假设，板条的纵向边缘和其它纵线一样具有四个自由度（三个位移和一个转角），位移沿纵向都呈正弦波变化，相临板件间的夹角保持不变，并且各板件之间的屈曲波长相同。
2.试件设计：
A组：研究卷边宽度系数的影响，共有SA1、SA2、S、SA3、SA4五个试件，各试件的卷边宽度分别为20、30、40、50、60 mm（对应的卷边宽度系数分别为0.20、0.31、0.41、0.51、0.61），其余參数均同试件S。
B组：研究截面宽高比的影响，共有SB1、SB2、S、SB3、SB4五个试件，各试件的截面高度分别为200、250、300、350、400mm（对应的截面宽高比分别为1.0、0.80、0.67、0.57、0.50），为保证改变截面高度的同时腹板宽厚比不变，各试件的腹板厚度分别为2.9、3.7、4.5、5.3、6.1mm，其余参数均同试件S。
C组：研究腹板高厚比的影响，共有SC1、SC2、S、SC3、SC4五个试件，各试件的腹板厚度分别为2.5、3.5、4.5、5.2、6.0mm（对应的腹板高厚比分别为115.2、82.3、64.0、55.4、48.0），其余参数均同试件S。
D组：研究翼缘宽厚比的影响，共有SD1、SD2、SD3、S、SD4五个试件，各试件的翼缘厚度分别为3.0、4.0、5.0、6.0、7.0mm（对应的翼缘宽厚比分别为31.6、23.4、18.6、15.3、13.0），其余参数均同试件S。
3.计算结果及分析：
C组数据：（图1）D组数据：（图2）
A组数据分析：卷边系数的增大使得翼缘板屈曲后强度有所提高，进而使得整个截面的屈曲荷载提高；
B组数据分析：随着截面宽高比的增大，翼缘板越宽则其对腹板的约束能力就越强，同时翼缘板自身的屈曲荷载就越低。但由于卷边的加劲作用使得翼缘板屈曲荷载的降低程度低于翼缘板对腹板的约束程度，从而截面的屈曲荷载呈现提高的趋势；
C组数据分析：随着腹板高厚比的增大，翼缘板的刚度就越小进而使得翼缘板对腹板的约束作用就变小，从而截面的屈曲荷载呈现降低的趋势；(图1)
D组数据分析：随着翼缘宽厚比的增大，截面变得更加的宽大；卷边系数不变的条件下使得翼缘板的刚度减小的趋势明显大于卷边对翼缘的约束作用，从而截面的屈曲荷载呈现降低的趋势；（图2）
4结论：
本文采用了有限条软件cuFSM进行分析，通过对四个参考系数：卷边宽度系数、截面宽高比、腹板高厚比、翼缘宽厚比的研究得出以下结论：
卷边翼缘H形截面冷弯薄壁型钢梁在收到弯矩作用时，各模拟试件发生的失稳破坏形式均为畸变屈曲；
卷边系数在一定范围内可以提高截面的屈曲荷载，最优值为0.2；
通过有限条法的分析可知，对于腹板高厚比以及翼缘宽厚比比较大的构件采用规范中给出的有效宽度法计算进行设计已很保守；
5.参考文献：
[1] 蒋路, 何保康等. 冷弯薄壁型钢构件畸变屈曲试验和理论研究的综述及分析.钢结构. 2006,21(5): 45~49
[2]郭彦林，张婀娜.卷边翼缘工形截面梁的稳定性能及设计方法.工业建筑.2009,39(9):15~21
[3]王海明.冷弯薄壁型钢受弯构件稳定性能研究.哈尔滨工业大学博士学位论文.2009
[4] 姚行友，郭彦利.冷弯薄壁型钢受弯构件局部屈曲性能研究.低温建筑技术.2010,2:42~44
[5] Y.B. Kwon, G.J. Hancock. Strength Tests of Cold-Formed Channel Sections
Undergoing Local and Distortional Buckling. Journal of Structural Engineering.
1992,117(2): 1786~1803
[6] Y.B. Kwon, G.J. Hancock. Design of Channels against Distortional Buckling.Eleventh International Specialty Conference on Cold-Formed Steel Structures, St.Louis, Missouri, 1992: 323~352
[7] G.J. Hancock, Y.B. Kwon, E. S. Bernard. Strength Design Curves for Thin-Walled Sections Undergoing Distortional Buckling. Journal of Constructional Steel Research. 1994,31(2-3): 169~186
关键词：卷边翼缘；冷弯薄壁型钢；畸变屈曲；稳定承载力
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
0.引言：
随着冶金技术的不断发展，高强度冷弯薄壁型钢在轻型钢结构中得到了广泛的应用。本文所研究的卷边翼缘H形截面作为一种新型的截面形式可以作为轻型房屋结构中的梁柱构件，亦能在大跨度的屋面结构中作为檩条使用。其截面性质，特别是平面外的抗弯刚度远远优于C形和Z形截面的构件。梁作为受弯构件在承受弯矩作用时可能发生整体的侧向失稳破坏、局部失稳、畸变失稳以及畸变失稳与局部失稳的相关相关作用。在卷边翼缘H形截面中由于卷边的存在从而增加了截面绕弱轴的截面惯性矩，进而使得整体侧向屈曲荷载得到了提高。卷边的存在使得梁端为简支条件下的翼缘板由三边简支变为三边简支一边加劲或四边简支的边界条件，从而提高了翼缘板的屈曲后强度。本文采用有限条法对卷边宽度系数、截面宽高比、腹板高厚比、翼缘宽厚比等四个参数进行了系统地研究，并得出了相应的变化规律。
1.有限条法原理：
有限条法是一种用途广泛且精确度较高的数值分析方法，它舍弃了板组间棱线保持直线的假设，板条的纵向边缘和其它纵线一样具有四个自由度（三个位移和一个转角），位移沿纵向都呈正弦波变化，相临板件间的夹角保持不变，并且各板件之间的屈曲波长相同。
2.试件设计：
A组：研究卷边宽度系数的影响，共有SA1、SA2、S、SA3、SA4五个试件，各试件的卷边宽度分别为20、30、40、50、60 mm（对应的卷边宽度系数分别为0.20、0.31、0.41、0.51、0.61），其余參数均同试件S。
B组：研究截面宽高比的影响，共有SB1、SB2、S、SB3、SB4五个试件，各试件的截面高度分别为200、250、300、350、400mm（对应的截面宽高比分别为1.0、0.80、0.67、0.57、0.50），为保证改变截面高度的同时腹板宽厚比不变，各试件的腹板厚度分别为2.9、3.7、4.5、5.3、6.1mm，其余参数均同试件S。
C组：研究腹板高厚比的影响，共有SC1、SC2、S、SC3、SC4五个试件，各试件的腹板厚度分别为2.5、3.5、4.5、5.2、6.0mm（对应的腹板高厚比分别为115.2、82.3、64.0、55.4、48.0），其余参数均同试件S。
D组：研究翼缘宽厚比的影响，共有SD1、SD2、SD3、S、SD4五个试件，各试件的翼缘厚度分别为3.0、4.0、5.0、6.0、7.0mm（对应的翼缘宽厚比分别为31.6、23.4、18.6、15.3、13.0），其余参数均同试件S。
3.计算结果及分析：
C组数据：（图1）D组数据：（图2）
A组数据分析：卷边系数的增大使得翼缘板屈曲后强度有所提高，进而使得整个截面的屈曲荷载提高；
B组数据分析：随着截面宽高比的增大，翼缘板越宽则其对腹板的约束能力就越强，同时翼缘板自身的屈曲荷载就越低。但由于卷边的加劲作用使得翼缘板屈曲荷载的降低程度低于翼缘板对腹板的约束程度，从而截面的屈曲荷载呈现提高的趋势；
C组数据分析：随着腹板高厚比的增大，翼缘板的刚度就越小进而使得翼缘板对腹板的约束作用就变小，从而截面的屈曲荷载呈现降低的趋势；(图1)
D组数据分析：随着翼缘宽厚比的增大，截面变得更加的宽大；卷边系数不变的条件下使得翼缘板的刚度减小的趋势明显大于卷边对翼缘的约束作用，从而截面的屈曲荷载呈现降低的趋势；（图2）
4结论：
本文采用了有限条软件cuFSM进行分析，通过对四个参考系数：卷边宽度系数、截面宽高比、腹板高厚比、翼缘宽厚比的研究得出以下结论：
卷边翼缘H形截面冷弯薄壁型钢梁在收到弯矩作用时，各模拟试件发生的失稳破坏形式均为畸变屈曲；
卷边系数在一定范围内可以提高截面的屈曲荷载，最优值为0.2；
通过有限条法的分析可知，对于腹板高厚比以及翼缘宽厚比比较大的构件采用规范中给出的有效宽度法计算进行设计已很保守；
5.参考文献：
[1] 蒋路, 何保康等. 冷弯薄壁型钢构件畸变屈曲试验和理论研究的综述及分析.钢结构. 2006,21(5): 45~49
[2]郭彦林，张婀娜.卷边翼缘工形截面梁的稳定性能及设计方法.工业建筑.2009,39(9):15~21
[3]王海明.冷弯薄壁型钢受弯构件稳定性能研究.哈尔滨工业大学博士学位论文.2009
[4] 姚行友，郭彦利.冷弯薄壁型钢受弯构件局部屈曲性能研究.低温建筑技术.2010,2:42~44
[5] Y.B. Kwon, G.J. Hancock. Strength Tests of Cold-Formed Channel Sections
Undergoing Local and Distortional Buckling. Journal of Structural Engineering.
1992,117(2): 1786~1803
[6] Y.B. Kwon, G.J. Hancock. Design of Channels against Distortional Buckling.Eleventh International Specialty Conference on Cold-Formed Steel Structures, St.Louis, Missouri, 1992: 323~352
[7] G.J. Hancock, Y.B. Kwon, E. S. Bernard. Strength Design Curves for Thin-Walled Sections Undergoing Distortional Buckling. Journal of Constructional Steel Research. 1994,31(2-3): 169~186