腹板开孔冷弯型钢构件畸变屈曲及相关屈曲破坏机理与设计方法研究

Cold-formed steel members with web holes are susceptible to local buckling of elements, distortional buckling of sections, overall buckling of members, and interaction buckling of different buckling mode because elements have large width-thickness-ratio and perforations introduce complex stress distributions and decrease the stiffness of sections. The distortional buckling and interaction buckling behavior and the stability load-carrying capacity design method for cold-formed steel members with web holes are less studied. There is no provision about stability design for cold-formed steel perforated members in Technical Code of Cold-formed Thin-walled Steel Structures (GB50018-2003). The distortional buckling and interaction buckling behavior and the stability load-carrying capacity design method would be researched for cold-formed thin-walled steel members(axially compressed members, bending members, and beam-column members) with web holes according to test, finite element analysis and theoretical research, including: 1)distortional buckling behavior and strength design method of cold-formed steel members with web holes；2)local buckling behavior and strength design method of steel perforated plates；3) interaction buckling behavior and stability load-carrying capacity design method of cold-formed steel members with web holes. Research results will provides buckling and interaction buckling theoretical support system and the test data base for cold-formed steel perforated members, improve design standards of our country's cold-formed steel members, and promote its widely used in the field of constructional steel structure in China.

腹板开孔冷弯型钢构件由于板件宽厚比较大、且腹板开孔导致截面刚度降低、应力分布复杂可发生板件局部屈曲、横截面的畸变屈曲以及构件的整体屈曲，且各种屈曲模式存在明显的相关作用，然而针对腹板开孔冷弯型钢构件畸变屈曲以及相关屈曲性能和稳定承载力设计方法研究较少，且国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》亦无相关设计规定。项目拟通过构件试验、数值分析以及理论研究对腹板开孔冷弯型钢基本构件（轴压构件、受弯构件、压弯构件）畸变屈曲及相关屈曲以及稳定承载力设计方法进行较系统的研究。主要包括：1）腹板开孔冷弯型钢基本构件畸变屈曲性能及畸变屈曲强度设计方法；2）开孔板件局部屈曲性能及屈曲强度设计方法；3）腹板开孔冷弯型钢基本构件相关屈曲性能及屈曲稳定承载力设计方法。研究成果将为冷弯型钢开孔构件屈曲和相关屈曲提供系统的试验数据和理论基础，为完善相关技术标准提供支撑，推进冷弯型钢开孔构件在建筑钢结构领域的广泛应用。

腹板开孔冷弯型钢构件由于板件宽厚比较大、且腹板开孔导致截面刚度降低、应力分布复杂,可发生板件局部屈曲、横截面的畸变屈曲以及构件的整体屈曲，且各种屈曲模式存在明显的相关作用，然而针对腹板开孔冷弯型钢构件畸变屈曲以及相关屈曲性能和稳定承载力设计方法研究较少，且国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》亦无相关设计规定。鉴于此，项目通过构件试验、数值分析以及理论研究对腹板开孔冷弯型钢基本构件畸变屈曲及相关屈曲以及稳定承载力设计方法进行了系统的研究。主要内容包括：1）腹板开孔冷弯型钢基本构件畸变屈曲性能及畸变屈曲强度设计方法；2）开孔板件局部屈曲性能及屈曲强度设计方法；3）腹板开孔冷弯型钢基本构件整体屈曲性能及屈曲承载力设计方法；4）腹板开孔冷弯型钢基本构件相关屈曲性能及稳定承载力设计方法；5）腹板开孔冷弯型钢基本构件设计方法可靠度分析。通过进行开单个或多个圆孔或矩形孔板件在多种荷载形式下的屈曲形式及承载力数值参数分析，给出了开孔板件强度计算的有效宽度法；进行了腹板开圆孔和矩形孔卷边槽形截面构件屈曲承载力受压和受弯试验研究和数值参数分析，基于构件弹塑性分析理论，给出了腹板开孔卷边槽形截面构件畸变屈曲强度计算的有效宽度法，并修正了计算开孔构件整体屈曲承载力的整体稳定系数计算公式。基于局部、畸变和整体单个屈曲模式的弹性屈曲分析及承载力分析，在试验和数值分析基础上给出了考虑屈曲相关的腹板开孔卷边槽形截面构件承载力设计的有效宽度法。基于改进的一阶二次矩方法进行了开孔构件承载力设计可靠度分析，结果表明项目提出的开孔构件承载力设计方法是安全可靠的。研究成果为冷弯型钢开孔构件屈曲和相关屈曲提供系统的试验数据和理论基础，为完善冷弯型钢相关技术标准提供了支撑，推进冷弯型钢开孔构件在建筑钢结构领域的广泛应用。