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《钢结构设计标准》解说专题(5)—受弯构件的计算

转自:钢结构设计-公众号


来源:“从钢结构到装配式钢结构建筑”

本文介绍《转自:钢结构设计-公众号标准》(GB 50017-2017)(简称“钢标”)的受弯构件,整体稳定和局部稳定。整体来谈受弯构件的计算,说说主要的修改及隐藏在条文后的内容。

 

一、受弯构件的强度计算有何不同?

受弯构件的强度计算按下式进行。

《转自:钢结构设计-公众号标准》解说专题(5)---受弯构件的计算

似乎跟钢规没啥大的区别,仅仅是因为引入了截面等级,导致净截面模量的计算规定有一点不同。注意以下三点:

(1)S1~S4截面,在屈服前全截面都是有效的,因此取全截面模量;S5截面允许在屈服前即发生板件的局部屈曲,因此强度计算时的截面模量按有效截面,腹板的有效截面与压弯构件处的计算协调,而翼缘采用了简单的方式处理,取有效宽度。

规范条文表示“受压翼缘有效外伸宽度可取15ek”,实际表达上有点问题。准确的意思是,受压翼缘取外伸宽度和厚度比值为15ek,外伸宽度取15ektf。

(2)S5截面在钢标的引入,使得比钢规有所放宽,允许翼缘宽厚比超过15ek/13ek,可按有效宽度计算。这样,避免了有些情况下因为翼缘要加宽导致厚度必须增加而引起浪费(比如按钢规设计吊车梁,上翼缘有时需要保证一定的宽度,即便受力验算已通过,但如果加宽翼缘,则厚度必须也同时加大)。

(3)要考虑塑性发展系数,必须保证截面具备发展一定塑性的能力,也就是说,截面等级至少得是S3起,S4和S5截面无法发展塑性。

 

二、受弯构件的整体稳定增加了哪些内容?

受弯构件的整体稳定实际上在规范编制过程中经历了一些周折,如果看过钢标的征求意见稿就会发现。在征求意见稿中,整体稳定计算的稳定系数彻底改了,如下式所示。

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最终颁布的钢标,把这些改动又彻底删除了,恢复了钢规的稳定系数公式。而同时给删除的还有原钢规4.2.3的第2款(免除整体稳定计算的条件):

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实际上既然稳定系数沿用了钢规,这一条规定依旧适用,使用钢标时,还可参考。

钢标在梁的稳定内容中增加了一个很重要的内容,是畸变屈曲的验算公式。畸变屈曲是个啥?看看下图。既然梁并不全是简支梁,还有框架梁。框架梁上翼缘有楼板时,下翼缘在负弯矩区受压,上翼缘由于受板的约束不动,会产生下图的屈曲模式。

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钢标给了下列计算公式进行计算。 《转自:钢结构设计-公众号标准》解说专题(5)---受弯构件的计算

另外注意,钢标第17章的性能化抗震设计中,关于框架梁端塑性耗能区,有如下针对畸变屈曲的构造要求,这在以往的规范中没出现过这一概念,需要注意。另外注意,横向加劲肋是控制畸变屈曲的有效措施。 

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三、梁的局部屈曲改了啥?

梁的局部屈曲计算基本都是经典板壳稳定的内容,没有很大的修改。除了受弯正则化宽厚比的计算略有变化。钢标的规定: 

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梁受压翼缘未受约束时的153改为了138。规范的解释是,腹板应力大的时候,翼缘应力也很大,无法给腹板提供约束,因此边界条件变弱,嵌固系数变化,从而153变成了138。

另外,腹板受剪的正则化宽厚比也有一点变化,如下式,增加了一个系数(ita)。

对照看,钢规的公式如下式: 

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钢标中的公式: 

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钢标明确规定: 

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钢标条文说明并未给出说明。实际的理由是,框架梁梁端最大应力区应力较大,翼缘无法给腹板提供约束,嵌固效应削弱。

从上面的内容可以看到,钢规在受弯计算的规定,考虑更多的是简支梁的情况,而钢标则全面考虑了结构中各种情况的梁。

另外需要注意的是,从本质上说,截面等级的S4级,照理应该是和梁受弯计算处的局部屈曲宽厚比的限值条件完全一致。但钢标考虑了参考国外规范等等因素,事实上截面等级处规定的S4级截面宽厚比限值和局部屈曲处略有不同,设计时需要注意区分。



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