受压翼缘的局部稳定在钢结构设计原理中的作用

梁的受压翼缘板主要承受均布压应力作用（如图 5.20 所示）。为了充分发挥材料强度，翼缘板应采用相对较厚的钢板，使其临界应力σcr不低于钢材的屈服点fy，从而保证翼缘板不丧失稳定。即翼缘板采用限制宽厚比的方法来保证其稳定性。

图5.20　梁的受压翼缘板

受压翼缘板的屈曲临界应力可用下式计算：

式中　k——简支板的弹性屈曲系数，与荷载分布情况和支承边数有关，受弯构件的受压翼缘板可视为三边简支、一边自由的均匀受压板，因此k=0.425；

χ——板边缘的弹性约束系数，对简支边取χ=1.0；

v——材料泊松比，对钢材v=0.3；

t，b——翼缘板的厚度和外伸宽度，见图 5.20 所示。

为满足梁翼缘板局部失稳不先于受压边缘最大应力屈服，令公式（5.25）的σcr≥fy，则：

得 以上得到的板件宽厚比限值，是基于翼缘屈服与局部失稳同时发生，并按弹性分析得到的。截面宽厚比等级为 S1 或 S2 级的结构构件，常用于塑性及弯矩调幅设计，以及抗震性能化设计中的塑性耗能区，要求截面开成塑性铰前，板件也不会局部失稳，S1级截面尚需具有发生塑性转动的能力。因此，对于两级截面，板件的宽厚比要求更为严格。我国《钢结构设计标准》对S1级、S2级的宽厚比限值分别取弹性计算值（即18.6εk）的0.5倍和0.6倍，取整后分别为9εk和11εk。

宽厚比等级为 S3 级的截面，允许考虑部分截面进入塑性，翼缘板上的应力均可达到屈服点yf，但与压应力相垂直的方向仍然是弹性的，这种情况属于正交异性板，其临界应力的精确计算较为复杂，一般可用代替弹性模量E来考虑这种影响（系数1η≤，为切线模量Et与弹性模量E之比）。若取η=0.25，则：(www.xing528.com)

得

约为弹性计算值的0.7倍。

宽厚比等级为S4级的截面，应进行弹性设计，但考虑残余应力的影响，翼缘板部分区域纵向应力已超过有效比例极限进入了弹塑性阶段，如取η=0.5，则：

得

约为弹性计算值的0.8倍。

宽厚比等级为S5级的截面，采用有效截面法计算承载力，由于带有自由边的板件，局部屈曲后可能带来截面刚度中心的变化，从而改变构件的受力，所以对 S5 级仍然对板件宽厚比给予限制，取弹性计算值的1.1倍。

对箱形截面梁，受压翼缘板在两腹板间的部分［图 5.20（b）所示］可视为四边简支纵向均匀受压板，屈曲系数k=4，取弹性约束系数χ=1.0，按公式（5.25），令σcr≥fy，可计算得：

式中0b，t——受压翼缘板在两腹板之间的宽度和厚度。

同理，S1级、S2级、S3级和S4级分类的界限宽厚比分别为0/b t的0.5、0.6、0.7、0.8倍，适当调整成整数。对S5级，因为两纵向边支承的翼缘可以考虑屈曲后强度，所以板件宽厚比不作额外限制。