王小平何钬光李朋万红霞

(武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉430070)

摘要:对厚度分别为0.8，1.0，1.2，1.5，1.8，2.0mm，长度为3m的18个冷弯薄壁帽型截面立柱进行轴压试验，并采用国内外规范及理论计算方法对立柱轴压承载力进行计算和比较。研究表明:当帽型截面的厚度较小(0.8，1.0mm)时，立柱先局部失稳，而后发生整体弯曲或弯扭失稳;而当截面厚度较大(1.2，1.5，1.8，2.0mm)时，立柱则直接发生整体的弯曲或弯扭失稳。采用AISIS100－2007中直接强度法计算出的帽型截面轴压承载力与试验值总体接近;当厚度为1.5，1.8mm时，采用GB50018—2002、AISIS100－2007和BSEN1993－1－3∶2006的计算结果与试验值吻合良好;当厚度为1.0，2.0mm时，除BSEN1993－1－3∶2006外，中国、美国标准计算结果与试验值相差均较大，达到10%～21%。

关键词:冷弯薄壁帽型截面;立柱;轴压试验;轴压承载力;计算比较

冷弯薄壁型钢房屋体系是用在低层(1～3层)民用建筑中的一种主要钢结构形式，具有质量轻、抗震性能好、施工周期短、工业化程度高等优点。传统的低层冷弯薄壁型钢房屋早在20世纪80年代就已被引进到中国，目前国内已有相应的国家标准［1］，但近30年来尚未得到大范围的推广和应用。究其原因为:墙体敲起来空而不实;墙体无法直接吊挂重物;墙体二次装修时开线槽和管槽不方便;楼板有颤动现象;毛坯房价格高于传统房屋［2］。为充分发挥低层冷弯薄壁型钢结构体系的优势，近10年来，特别是汶川大地震后，我国很多轻钢结构公司、高校及科研院所针对国内需求，在传统做法的基础上开发新的轻钢房屋体系，并建造样板房，积累了较多的工程实践经验。

低层冷弯薄壁型钢房屋体系的关键部分是墙体。由冷弯薄壁帽型截面立柱与发泡混凝土共同形成的组合墙体是一种新的做法，克服了传统低层冷弯薄壁型钢房屋墙体的不足，在低层住宅、办公楼等民用建筑中具有较好的发展前景和推广应用价值［3－4］。

目前国内外对冷弯薄壁帽型截面立柱轴压承载力的研究文献并不多。Hancock等基于AISIS100－2007给出了冷弯薄壁帽型截面柱轴压承载力的计算方法和实例［5］;Sun对连有缀板的开口冷弯薄壁帽型截面柱进行了理论分析，研究缀板对柱变形和轴压承载力的影响，并提出了柱弯扭屈曲的计算式［6］;Young等考虑增加翻边的方式对槽钢和角钢做了系列的试验，在对比直接强度法和有效宽度法后给出了冷弯薄壁截面柱的计算和设计建议［7］;Georgieva等基于直接强度法理论研究了格构式冷弯薄壁钢柱的设计方法，并论证了格构式冷弯薄壁钢柱的可靠度［8］;王文韬等在考虑构件长细比、偏心距和初弯曲的前提下，采用ANSYS软件对冷弯开口薄壁帽型截面受压构件的压弯极限承载力进行了分析研究，得到了受压构件的临界荷载和弹性弯扭屈曲荷载［9］。文献［10］则通过理论分析和试验验证相结合的方法，提出了带缀板的冷弯薄壁型钢帽型截面轴心压杆优化的缀板配置方法与实用计算方法。刘烽以外包发泡混凝土的冷弯薄壁帽型截面立柱为对象，采用ABAQUS有限元方法分析了立柱的承载力、破坏形式和影响因素［11］。为研究外包发泡混凝土对冷弯薄壁帽型截面立柱承载力和破坏形式的影响，李朋通过试验研究了不同厚度、长度为3m的冷弯薄壁帽型截面立柱的受力性能、极限承载力和破坏形式，并与采用3种规范计算的立柱承载力进行了比较［3］。文献［4，12］则以18个冷弯薄壁帽型截面和发泡混凝土构成的宽600mm、厚200mm、高3m的组合立柱为对象，通过试验和有限元分析，研究了组合立柱的轴压承载力和破坏形式，并与冷弯薄壁帽型截面立柱轴压承载力进行了比较，得到了一些重要结论。

本文在文献［3］的基础上，以冷弯薄壁帽型截面立柱为对象，考虑目前常用的0.8，1.0，1.2，1.5，1.8，2.0mm等6种厚度，对3m长立柱进行轴压试验，研究立柱的轴压承载能力和失稳形式，并采用国内外相关规范及理论计算方法进行立柱轴压承载力的计算和比较，为冷弯薄壁帽型截面立柱与发泡混凝土组合墙体竖向承载力的研究提供参考和依据。

为方便试验，立柱两端均连接由钢棒、底板和靴套构成的柱脚，如图2所示。其中，钢棒直径45mm，焊至底板中间;靴套由厚2mm的钢板冷弯成175mm×45mm的矩形筒状，焊接于底板的另一面。靴套上设有若干引孔，轴压立柱两端通过ST5.5自攻螺钉连接于靴套上。