2017《钢标》中的截面等级和S1的区别

   日期:2022-05-28     来源:网络整理    作者:佚名    浏览:841    
核心提示:但是《钢标》没有规定“截面等级”的概念。这里所说的“塑性设计的相关规定”,在2003《钢规》中是明确的,但是在2017《钢标》中有些模糊。实际上,钢混组合梁对其中钢梁截面的要求,只是“全截面可达到塑性”,故只需要满足S2即可。塑性分析,在2003《钢标》中称作“简单塑性理论”分析,简单来讲就是对于一个杆件,出现“三铰机构”就意味着失效,是与塑性铰有关的。

2017《钢标》中,压弯构件和受弯构件的截面板件等级分为S1~S5,板件等级必须在这个范围内。这里的“板件”,应具有“全部受压”或“部分受压”的受力特征(即,受拉板件除外)。为说明“使用时截面等级S2和S1的区别在哪里”,有以下认识需要澄清。

1.等级S2和S1的含义

《钢标》3.5.1条条文说明指出,S1级,可达全截面塑性,保证塑性铰具有塑性设计要求的转动能力,且在转动过程中承载力不降低。S2级,可达全截面塑性,但由于局部屈曲,塑性铰转动能力有限。

在《欧洲钢结构规范》EN1993-1-1:2005的5.2.2条,给出的定义如下钢结构架子管回收,可见二者概念一致。

Class 1 cross-sections are those which can form a plastic hinge with the rotation capacity required from plastic analysis without reduction of the resistance.

Class 2 cross-sections are those which can develop their plastic moment resistance, but have limited rotation capacity because of local buckling.

只不过,EN1993-1-1把截面等级分为class1~class4共4个等级而不是5个等级。显然,2017《钢标》划分为5个等级是为了与2003《钢规》协调。

2.截面等级和板件等级

S1和S2,指的是“截面板件”等级,可以依据表3.5.1确定,无需多言。但是《钢标》没有规定“截面等级”的概念。EN1993-1-1在5.2.2条(6)指出了截面等级如何确定,如下:

(6) A cross-sectionis classified according to the highest (least favourable) class of its compression parts. Exceptions are specified in 6.2.1(10) and 6.2.2.4(1).

因此,截面等级是取所组成板件等级的最差者,例如,翼缘属于S1,腹板属于S5,则截面属于S5。

3.关于等级S2和S1的使用

《钢标》在10.1.5条规定如下:

10.1.5 采用塑性及弯矩调幅设计的结构构件,其截面板件宽厚比等级应符合下列规定:

1.形成塑性铰并发生塑性转动的截面,其截面板件宽厚比等级应采用S1级;

2.最后形成塑性铰的截面,其截面板件宽厚比等级不应低于S2级截面要求;

3.其他截面板件宽厚比等级不应低于S3级截面要求。

这里的规定,实际上不够确切。表现在:

按照这里第2款的说法,最后形成塑性铰的截面,板件等级可以是S2。虽然说,这里和条文说明中的“塑性铰转动能力有限”能够基本一致,但执行起来却令人困惑。

EN1993-1-1中的板件等级划分,可以在更早的英国规范BS5950-1:2000中找到。BS5950-1的3.5.2条把截面分为class1~class4,具体如下:

Class 1 plastic: Cross-section with plastic hinge rotation capacity.

Class 2 compact: Cross-section with plastic moment capacity.

Class 3 semi-compact: Cross-section in which the stress at the extreme compressionfibre can reach the design strength, but the plastic moment capacity cannot bedeveloped.

Class 4 slender: Cross-section in which it is necessary to make explicit allowance forthe effects of local buckling.

可见,BS5950-1中的class2不能形成塑性铰,只是能达到全截面塑性承载力。

EN1993-1-1中的calss2也具有这个含义。5.6节“塑性全局分析对截面的要求”(2)规定如下:

(2) In a uniform membersufficient rotation capacity may be assumed at a plastic hinge if both the followingrequirements are satisfied:

a) the member hasClass 1 cross-sections at the plastic hinge location;

b) where atransverse force that exceeds 10 % of the shear resistance of the crosssection, see 6.2.6, is applied to the web at the plastic hinge location, webstiffeners should be provided within a distance along the member of h/2 fromthe plastic hinge location, where h is the height of the cross section.

大意为:对于截面均匀(即,截面沿纵向没有变化)构件,如果以下两个条件都满足,可假定在塑性铰处有足够的转动能力:

a)塑性铰位置处截面等级为class1。

b)当塑性铰位置处承受超过“10%截面抗剪承载力”时,应在距离塑性铰位置h/2的范围内设置腹板加劲肋钢结构架子管回收,这里,h为截面高度。

因此,笔者认为,截面等级为S2宜理解为“不能形成塑性铰,但可达全截面塑性”。这又牵涉到14.1.6条,引出下面的问题。

4.钢混组合梁对板件宽厚的要求

《钢标》14.1.6条规定,“按本章进行设计的组合梁,钢梁受压区的板件宽厚比应符合本标准第10章中塑性设计的相关规定。当组合梁受压上翼缘不符合塑性设计要求的板件宽厚比限值,但连接件满足下列要求时,仍可采用塑性方法进行设计”。这里所说的“塑性设计的相关规定”,在2003《钢规》中是明确的,但是在2017《钢标》中有些模糊。实际上,钢混组合梁对其中钢梁截面的要求,只是“全截面可达到塑性”,故只需要满足S2即可。钢混组合梁的设计,其内力,可按照弹性方法求得,连续梁时可对负弯矩调幅,这就是14.1.7条说的。

这又牵涉下一个问题。

5.塑性设计与调幅设计有何区别与联系

进行内力分析时,需要考虑几何非线性与材料非线性。几何非线性,在内力分析阶段,一般考虑的是P-Δ效应。材料非线性,一般用弹性分析然后调幅,或者,直接按照塑性分析(plastic global analysis)。

无论是弹性分析后调幅还是塑性分析,前提条件是:超静定结构(《钢标》10.1.1将范围进一步缩小了);材料具有足够的延性(见《钢标》4.3.6条);截面具备足够的延性(也就是截面等级有要求)。

塑性分析,在2003《钢标》中称作“简单塑性理论”分析,简单来讲就是对于一个杆件,出现“三铰机构”就意味着失效,是与塑性铰有关的。

所以,《钢标》10.1.3条第2款,将塑性与弯矩调幅设计放在一起,说“用简单塑性理论进行分析”就不准确,因为弯矩调幅设计是按弹性分析后调幅。

同样,《钢标》10.1.5条,将塑性与弯矩调幅设计放在一起,说截面板件宽厚比“在其他截面不应低于S3级”是不准确的,因为,弯矩调幅设计时可以用S3(可部分发展塑性),但是,塑性设计是绝对不允许采用S3级的(如果是变截面,在塑性铰位置处是S1,非塑性铰位置可以是S2)。

 
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