普通钢结构构件的局部稳定为第一类稳定设计问题,设计时不利用板件屈曲后极限强度。典型的工字形截面的局部失稳波形和屈曲应力。未加劲板件的屈曲虽然没有横向薄膜应力,支承边的弹性约束可以使板件所承受的荷载有所增大,理论上仍有一定的屈曲后强度可以利用;但是由于当翼缘屈曲后有效宽度减小,有效截面的形心偏移,造成荷载对截面形心产生偏心力矩从而影响翼缘的屈曲后承载能力。所以未加劲板件的屈曲后强度一般都只作为强度储备。
边缘加劲构件对翼缘一边是相邻板件的弹性支承,一边是板件卷边对板件的简支支承;对卷边则是一边翼缘简支支承,一边自由。两块板件相互支承,相互影响。其屈曲模式复杂,当卷边具有适当的宽厚比,卷边不先于翼缘屈曲,翼缘同加劲板件;当卷边过窄,则出现象轴心压杆似的平面内屈曲,翼缘随同卷边变形,当卷边过宽,则卷边也趋于先屈曲。当然,卷边对翼缘是否能充分加劲是一个非常复杂的问题,不仅同截面上卷边同翼缘尺寸有关,还同纵向构件的支撑长度有关。
例如对于卷边槽钢构件,腹板作为加劲板件来处理,翼缘为边缘加劲板件,但是腹板和翼缘之间屈曲也有相关性。相邻的强板会对弱板起支承作用,各板件屈曲后,整个截面具有屈曲后强度,直至各板件相交转角处达到屈服点为止。在有效宽厚比设计方法中需要考虑板组效应的约束影响。
与板件有效宽度概念相对应的是截面的有效面积。在截面强度和构件整体稳定设计时,采用有效截面的特性(面积、抵抗矩)替代相应的全截面特性进行计算,意味着设计时已经利用了截面板件的屈曲后强度。这样的设计思想意味着容许截面板件在承载能力阶段发生局部失稳。但是,验算结构的位移和刚度时取全截面特性,说明在正常使用阶段不考虑截面板件产生局部失稳。
由于设计时考虑了构件板件的屈曲后极限承载力,一般而言,轻型钢结构构件中无需配置加劲肋。但是,构件在起吊按装过程中往往因为截面抗扭刚度较小而发生破坏。所以,对于跨度较大的轻型钢结构构件,应该设置构造加劲肋以防止安装过程中截面产生扭转折曲。
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