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    鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 GB50017-2003

    • 發(fā)布日期:2018-07-25
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    5.4.1 在受壓構(gòu)件中,翼緣板自由外伸寬度b與其厚度t之比,應(yīng)符合下列要求:
    1 軸心受壓構(gòu)件: 式中 λ——構(gòu)件兩方向長細(xì)比的較大值;當(dāng)λ<30時,取λ=30;當(dāng)λ>100時,取λ=100。
    2 壓彎構(gòu)件: 當(dāng)強度和穩(wěn)定計算中取γy=1.0時,b/t可放寬至。
    注:翼緣板自由外伸寬度b的取值為:對焊接構(gòu)件,取腹板邊至翼緣板(肢)邊緣的距離;對軋制構(gòu)件,取內(nèi)圓弧起點至翼緣板(肢)邊緣的距離。
    5.4.2 在工字形及H形截面的受壓構(gòu)件中,腹板計算高度h0與其厚度tw之比,應(yīng)符合下列要求:
    1 軸心受壓構(gòu)件: 式中 λ——構(gòu)件兩方向長細(xì)比的較大值;當(dāng)λ<30時,取λ=30;當(dāng)λ>100時,取λ=100。
    2 壓彎構(gòu)件:
    當(dāng)0≤a0≤1.6時: 當(dāng)1.6<a0≤2.0時: 式中 σmax——腹板計算高度邊緣的最大壓應(yīng)力,計算時不考慮構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)和截面塑性發(fā)展系數(shù);
    σmin——腹板計算高度另一邊緣相應(yīng)的應(yīng)力,壓應(yīng)力取正值,拉應(yīng)力取負(fù)值;
    λ——構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的長細(xì)比;當(dāng)λ<30時,取λ=30;當(dāng)λ>100,取λ=100。
    5.4.3 在箱形截面的受壓構(gòu)件中,受壓翼緣的寬厚比應(yīng)符合4.3.8條的要求。
    箱形截面受壓構(gòu)件的腹板計算高度h0與其厚度tw之比,應(yīng)符合下列要求:
    1 軸心受壓構(gòu)件: 2 壓彎構(gòu)件的h0/tw不應(yīng)超過公式(5.4.2-2)或公式(5.4.2-3)右側(cè)乘以0.8后的值(當(dāng)此值小于 時,應(yīng)采用
    5.4.4 在T形截面受壓構(gòu)件中,腹板高度與其厚度之比,不應(yīng)超過下列數(shù)值:
    1 軸心受壓構(gòu)件和彎矩使腹板自由邊受拉的壓彎構(gòu)件:
    熱軋剖分T形鋼:
    當(dāng)a0>1.0時:
    λ和a0分別按5.4.1條和5.4.2條的規(guī)定采用。
    5.4.5 圓管截面的受壓構(gòu)件,其外徑與壁厚之比不應(yīng)超過100(235/fy)。
    5.4.6 H形、工字形和箱形截面受壓構(gòu)件的腹板,其高厚比不符合本規(guī)范第5.4.2條或第5.4.3條的要求時,可用縱向加勁肋加強,或在計算構(gòu)件的強度和穩(wěn)定性時將腹板的截面僅考慮計算高度邊緣范圍內(nèi)兩側(cè)寬度各為的部分(計算構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)時,仍用全部截面)。
    用縱向加勁肋加強的腹板,其在受壓較大翼緣與縱向加勁肋之間的高厚比,應(yīng)符合本規(guī)范第5.4.2條或第5.4.3條的要求。
    縱向加勁肋宜在腹板兩側(cè)成對配置,其一側(cè)外伸寬度不應(yīng)小于10tw,厚度不應(yīng)小于0.75tw

    條文說明 5.4 受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定
    5.4.1 在軸心受壓構(gòu)件中,翼緣板的自由外伸寬度b與其厚度t之比的限值,是根據(jù)三邊簡支板(板的長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寬度b)在均勻壓應(yīng)力作用下,其屈曲應(yīng)力等于構(gòu)件的臨界應(yīng)力確定的。板在彈性狀態(tài)的屈曲應(yīng)力為: 板在彈塑性狀態(tài)失穩(wěn)時為雙向異性板,其屈曲應(yīng)力為: 式中 η——彈性模量折減系數(shù),根據(jù)軸心受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定的試驗資料,η可取為:。
    由σcr=φfy,并取本規(guī)范附錄C中的φ值即可得到λ與b/t的關(guān)系曲線。為便于設(shè)計,本規(guī)范采用了公式(5.4.1-1)所示直線公式代替。
    對壓彎構(gòu)件,b/t的限值應(yīng)該由受壓最大翼緣板屈曲應(yīng)力決定,這時彈性模量折減系數(shù)η不僅與構(gòu)件的長細(xì)比有關(guān),而且還與作用于構(gòu)件的彎矩和軸心壓力值有關(guān),計算比較復(fù)雜。為了便于設(shè)計,可以采用定值法來確定η值。對于長細(xì)比較大的壓彎構(gòu)件,可取η=0.4,翼緣的平均應(yīng)力可取0.95fy,代入公式(47)中,得: 對于長細(xì)比小的壓彎構(gòu)件,η值較小,所得到的b/t就會小于15  。
    為了與受彎構(gòu)件協(xié)調(diào),規(guī)范采用公式(5.4.1-2)的值作為壓彎構(gòu)件翼緣板外伸寬度與其厚度之比的限值。但也允許13<b/t≤15 ,此時,在壓彎構(gòu)件的強度計算和整體穩(wěn)定計算中,對強軸的塑性系數(shù)γx取為1.0。
    5.4.2 對工字形或H形截面的軸心受壓構(gòu)件,腹板的高厚比h0/tw是根據(jù)兩邊簡支另兩邊彈性嵌固的板在均勻壓應(yīng)力作用下,其屈曲應(yīng)力等于構(gòu)件的臨界應(yīng)力得到的。板的嵌固系數(shù)取1.3。在彈塑狀態(tài)屈曲時,腹板的屈曲應(yīng)力為: 彈性模量折減系數(shù)η仍按公式(48)取值。由σcr=φfy,并用本規(guī)范附錄C中的φ值代入,可得到h0/tw與λ的關(guān)系曲線。為了便于設(shè)計,用本規(guī)范公式(5.4.2-1)的直線式代替(可參見何??祵懙?ldquo;軸心壓桿局部穩(wěn)定試驗研究”一文,載于《西安冶金建筑學(xué)院學(xué)報》,1985年1期)。
    在壓彎構(gòu)件中,腹板高厚比h0/tw的限值是根據(jù)四邊簡支板在不均勻壓應(yīng)力σ和剪應(yīng)力τ的聯(lián)合作用下屈曲時的相關(guān)公式確定的。壓彎構(gòu)件在彈塑性狀態(tài)發(fā)生彎矩作用平面內(nèi)失穩(wěn)時,根據(jù)構(gòu)件尺寸和力的作用情況,腹板可能在彈性狀態(tài)下屈曲,也可能在彈塑性狀態(tài)下屈曲。
    腹板在彈性狀態(tài)下屈曲時(圖17),其臨界狀態(tài)的相關(guān)公式為: 式中 α0——應(yīng)力梯度, ;
    τ0——剪應(yīng)力τ單獨作用時的彈性屈曲應(yīng)力,τ0,取a=3h0,則屈曲系數(shù)βv=5.784;
    σ0——不均勻應(yīng)力σ單獨作用下的彈性屈曲應(yīng)力,σ0,屈曲系數(shù)βc取決于α0和剪應(yīng)力的影響。
    由公式(50)可知,剪應(yīng)力將降低腹板的屈曲應(yīng)力。但當(dāng)α0≤1時,τ/σmm為彎曲壓應(yīng)力)值的變化對腹板的屈曲應(yīng)力影響很少。根據(jù)壓彎構(gòu)件的設(shè)計資料,可取τ/σm=0.3作為計算腹板屈曲應(yīng)力的依據(jù)。  腹板的應(yīng)力和應(yīng)變 圖17 腹板的應(yīng)力和應(yīng)變 在正應(yīng)力與剪應(yīng)力聯(lián)合作用下,腹板的彈性屈曲應(yīng)力,可用下式表達(dá): 式中 βc——正應(yīng)力與剪應(yīng)力聯(lián)合作用時的彈性屈曲系數(shù)。
    現(xiàn)在我們利用公式(51)來求出h0/tw的最大限值。當(dāng)α0=2(無軸心力)和τ/σm=0.3時,即τ/σ =0.15α0時,可由相關(guān)公式(50)求得彈性屈曲系數(shù)βe=15.012。將此值代入公式(51)中,并取σcr=σmax=0.95fy,得h0/tw=111.79  。但是當(dāng)α0=2且σmax為最大值時,剪應(yīng)力τ通常較小,可取τ/σm=0.2,得βe=18.434;仍取σcr=0.95fy,則h0/tw=124  。所以,壓彎構(gòu)件中以h0/tw≈120 作為彈性腹板的最大限值是適宜的。 在很多壓彎構(gòu)件中,腹板是在彈塑性狀態(tài)屈曲的(圖17b),應(yīng)根據(jù)板的彈塑性屈曲理論進行計算,其屈曲應(yīng)力σcr可用下式表達(dá):  式中βp為四邊簡支板在不均勻壓應(yīng)力與剪應(yīng)力聯(lián)合作用下的彈塑性屈曲系數(shù),其值取決于應(yīng)力比τ/σ、應(yīng)變梯度α= 和板邊緣的最大割線模量Es,而割線模量又取決于腹板的塑性發(fā)展深度μh0。當(dāng)μ≤(2—α)/α時;由圖17b中的幾何關(guān)系,Es=(1—αμ)E;當(dāng)μ>(2—α)/α時,Es=0.5(1—μ)E。
    Es與βp之間的關(guān)系見表8。在計算τ、σ和α0時都是按無限彈性板考慮的。  表8 四邊簡支板的彈塑性屈曲系數(shù)βp(當(dāng)τ/σm=0.3時) 四邊簡支板的彈塑性屈曲系數(shù)βp(當(dāng)τ/σm=0.3時) 在壓彎構(gòu)件中,μh0取決于構(gòu)件的長細(xì)比λ和應(yīng)變梯度α(或應(yīng)力梯度α0)。顯然計算Es/E的過程比較復(fù)雜。對于工字形截面,可將μ取為定值,用μ=0.25,即可得到與α0對應(yīng)的Es/E和βp。由下式可以算得h0/tw的限值: h0/tw與α0的關(guān)系是曲線形式。為了便于計算采用兩根直線代替:  但是此四邊簡支板是壓彎構(gòu)件的腹板,其受力大小應(yīng)與構(gòu)件的長細(xì)比λ有關(guān),而且當(dāng)α0=0時h0/tw的限值應(yīng)與軸心受壓構(gòu)件的腹板相同;當(dāng)α0=2時,h0/tw應(yīng)與受彎構(gòu)件及剪應(yīng)力影響的腹板高厚比基本一致。因此采用規(guī)范公式(5.4.2-2)和公式(5.4.2-3)來確定壓彎構(gòu)件腹板的高厚比(詳細(xì)推導(dǎo)可參見李從勤寫的“對稱截面偏心壓桿腹板的屈曲”,載于《西安冶金建筑學(xué)院學(xué)報》,1984年1期)。
    5.4.3 箱形截面的軸心壓桿,翼緣和腹板都可認(rèn)為是均勻受壓的四邊支承板。計算屈曲應(yīng)力時,認(rèn)為板件之間沒有嵌固作用。計算方法與本規(guī)范第5.4.2條中的軸心受壓構(gòu)件腹板相同。但為了便于設(shè)計,近似地將寬厚比限值取為定值,沒有和長細(xì)比發(fā)生聯(lián)系。
    箱形截面的壓彎構(gòu)件,腹板屈曲應(yīng)力的計算方法與工字形截面的腹板相同。但是考慮到腹板的嵌固條件不如工字形截面,兩塊腹板的受力狀況也可能不完全一致,為安全計,采用本規(guī)范公式(5.4.2-2)或公式(5.4.2-3)的限值乘以0.8。
    5.4.4 T形截面腹板的懸伸寬厚比通常比翼緣大得多。當(dāng)為軸心受壓構(gòu)件時,腹板局部屈曲受到翼緣的約束。原規(guī)范對此腹板采用與工字形截面翼緣相同的限值,過分保守。經(jīng)過理論分析(詳見陳紹蕃“T形截面壓桿的腹板局部屈曲”,《鋼結(jié)構(gòu)》2001年2期)和試驗驗證,將腹板寬厚比限值適當(dāng)放寬??紤]到焊接T形截面幾何缺陷和殘余應(yīng)力都比熱軋T型鋼不利,采用了相對低一些的限值。
    對T形截面的壓彎構(gòu)件,當(dāng)彎矩使翼緣受壓時,腹板處于比軸心壓桿更有利的地位,可以采用與軸壓相同的高厚比限值。但當(dāng)彎矩使腹板自由邊受壓時,腹板處于較為不利的地位。由于這方面未做新的研究工作,仍保留GBJ 17-88規(guī)范的規(guī)定。
    5.4.5 受壓圓管管壁在彈性范圍局部屈曲臨界應(yīng)力理論值很大。但是管壁局部屈曲與板件不同,對缺陷特別敏感,實際屈曲應(yīng)力比理論值低得多。參考我國薄壁型鋼規(guī)范和國外有關(guān)規(guī)范的規(guī)定,不分軸心或壓彎構(gòu)件,統(tǒng)一采用d/t≤100(235/fy)。
    5.4.6 對于H形、工字形和箱形截面的軸心受壓構(gòu)件和壓彎構(gòu)件,當(dāng)腹板的高厚比不滿足本規(guī)范第5.4.2條或第5.4.3條的要求時,可以根據(jù)腹板屈曲后強度的概念,取與翼緣連接處的一部分腹板截面作為有效截面。  
    關(guān)鍵詞: 結(jié)構(gòu)工程
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