冷弯薄壁型钢具有肢宽壁薄、截面形式多样、成型速度快、产量高等特点，卷边加劲角钢作为其中一类重要的截面形式，被广泛应用于塔架、格构柱、桁架及支撑等结构[1]。开口薄壁构件会出现板件局部屈曲、全截面畸变屈曲和构件整体屈曲三种屈曲模式[2]以及三种屈曲模式之间的相关屈曲。本文在角钢的肢上设置外凸加劲肋[3]，以提高板件的局部稳定性。
而加劲后截面形式复杂，构件容易发生畸变屈曲及畸变与局部相关屈曲。当构件发生畸变屈曲与局部屈曲的耦合破坏时就会降低构件的承载力[4]。我国现行的规范对畸变与局部相关屈曲还没有具体的条文规定。
卷边角钢的肢做为部分加劲板件，受压后的行为复杂，合理选择卷边尺寸可以有效提高构件的稳定性[5]。本文运用ANSYS有限元软件，对不同的卷边宽度、板件厚度的加劲卷边角钢轴压构件的畸变与局部相关屈曲性能进行了模拟分析，与加劲角钢构件对比，得出不同卷边宽度与板件厚度下构件畸变与局部耦合相关作用对其破坏模式、临界荷载及经济系数的影响。
1建立模型及求解
1.1单元的选取和有限元模型建立
本文采用ANSYS有限元软件，选取SHELL181单元模拟轴压的角钢构件。构件长度900mm，角钢肢宽75mm，加劲宽度18mm，加劲高度12mm[6]，选择弹性材料，弹性模量，泊松比，在构件模型两端添加刚性板[7]，将其与构件模型耦合在一起，连接时保证刚性板形心与构件截面的形心重合。采用自由网格划分，网格划分尺寸为。加劲角钢截面示意图与模型图如图1所示。两端约束条件为：下端约束方向的三个平动自由度，释放三个转动自由度；上端约束方向的两个平动自由度，释放方向的三个转动自由度以及方向的竖向自由度，并在上端刚性板的形心施加方向的单位集中力。选取六种卷边宽度与六种厚度的加劲角钢构件，具体编号及尺寸见表1与表2。
表1 不同卷边宽度的加劲角钢构件
Table 1 Different edge width of stiffener Angle steel components
构件 A1 A2 A3 A4 A5 A6
卷边宽度a/mm 9 12 15 18 21 24



表2 不同厚度的加劲卷边角钢构件
Table 2 Different thickness of the stiffening edge Angle steel components
构件 T1 T2 T3 T4 T5 T6
构件厚度t/mm 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0




（a）加劲卷边角钢 （b）加劲角钢 （c）加劲卷边角钢模型图
（a）Stiffening edge Angle (b) Stiffener Angle (c) Stiffening Lipped Angle
图1 加劲卷边角钢及加劲角钢截面示意图和模型图
Figure 1 stiffening edge Angle and stiffener Angle section diagram and model diagram
1.2数据处理
在模态图扩展阶段定义10阶屈曲模态，进行屈曲求解。局部与畸变相关屈曲主要出现在高阶屈曲模态中[8]，故从10阶屈曲模态中选取5-10阶进行整理分析。
不同卷边宽度加劲角钢构件的屈曲临界荷载与屈曲模式如表3所示；根据表3中数据绘制不同卷边宽度加劲卷边角钢构件（A1~A6）的屈曲临界荷载曲线图，如图2所示。发生相关屈曲构件的相关屈曲临界荷载增量见表4；不同卷边宽度加劲角钢构件用钢量增量见表5。
表3 不同卷边宽度加劲角钢构件的屈曲临界荷载(kN)与屈曲模式
Table 3 Buckling critical load(kN) and buckling mode of stiffener Angle components under different edge width
模态阶数 A1 A2 A3 A4 A5 A6
5 27.161 34.783 45.720 59.429 72.656 57.725
6 31.416 41.728 54.896 66.153 72.657 57.932
7 32.627 41.743 56.398 72.177 72.771 57.933
8 36.028 46.839 57.224 74.343 72.772 60.245
9 38.926 53.548 68.152 75.930 74.489 60.247
10 45.312 56.312 73.208 93.298 74.495 60.472
屈曲模式 畸变屈曲 畸变屈曲 相关屈曲 相关屈曲 相关屈曲 局部屈曲
表4 不同卷边宽度加劲角钢构件的相关屈曲临界荷载增量(%)
Table 4 Interactive buckling critical load increment (%) of stiffener Angle components under different edge width
模态阶数 A3 A4 A5
5 80.75 134.94 187.23
6 108.18 150.87 175.54
7 112.22 171.60 173.83
8 113.71 177.64 171.77
9 153.53 182.47 177.11
10 165.72 238.64 170.39
注：临界荷载增量=（加劲卷边角钢临界荷载-加劲角钢临界荷载)/加劲角钢临界荷载
Note: critical load incremental = (stiffening edge Angle critical load - critical load of stiffener Angle)/stiffener Angle critical load
表5 不同卷边宽度加劲角钢构件的用钢量增量(%)
Table 5 Steel quantity increment (%) of stiffener Angle components under different edge width
构件 A3 A4 A5
用钢量增量 15.15 18.18 21.21
注：用钢量增量=（加劲卷边角钢用钢量-加劲角钢用钢量)/加劲角钢用钢量
Note: steel quantity increment = (stiffening steel weight of the edge Angle - steel weight of the stiffener Angle)/stiffener Angle steel

图2 不同卷边宽度加劲角钢构件的屈曲临界荷载曲线图
Figure 2 Buckling critical load curve of stiffener Angle components under different edge width

由表3和图2选出相关屈曲现象最明显的卷边宽度18mm的A4构件，改变其厚度并选取5-10阶屈曲模态进行整理分析，得到数据如表6所示；卷边宽度0mm、不同厚度的T01~T06构件的相关屈曲临界荷载值见表7。根据表6中数据绘制不同厚度加劲卷边角钢构件的畸变与局部相关屈曲临界荷载曲线图，如图3所示。根据表8、9绘制出不同厚度加劲卷边角钢构件的经济系数曲线图，如图4所示。