钢结构设计标准与 AISC360 在轴心受压及受弯构件稳定验算方面的区别

   日期:2024-09-22     来源:网络整理    作者:佚名    浏览:368    
核心提示:不久之前,我们讨论过《钢结构设计标准》(GB50017)和AISC360关于轴心受压构件稳定验算的区别。AISC360对受弯构件的截面类型分为Compact、Noncompact和Slender。因为我们熟知的受弯构件整体稳定验算公式完全不是这样的,那个神秘的

前不久我们讨论了《钢结构设计标准》(GB50017)与AISC360关于轴心受压构件稳定计算的区别。客观地说,虽然在计算轴心受压构件稳定承载力时,两种方法确实存在差异,但结果比较接近。现在我们来看看在受弯构件方面,两者是否有类似的对比结果。

在讲验证公式之前我们先注意一点,AISC360中明确指出弯曲验证的公式是以支撑有足够的扭转约束为前提的,原文如下:

其实我国标准中也有类似的规定,如《钢结构通用规范》GB55006-2021第4.1.4条规定“在构件的约束端和内部支撑处应采取措施保证截面不发生扭转”;《钢结构设计标准》GB50017-2017第6.2.5条规定“在梁的支撑处应采取防止梁端截面扭转的构造措施”。这似乎和前几天大家讨论的佳木斯体育馆倒塌事件有关。也许这不是倒塌的直接原因,但从照片上看,确实是在钢支撑处缺少钢梁必要的抗扭构造。

我们回到规范本身,AISC360将受弯构件的截面类型分为Compact、Noncompact和Slender。从字面上看,这三种截面类型可以直接翻译为“紧凑型”、“非紧凑型”和“细长型”,但这样的翻译似乎更加令人困惑。以Q235材质的H型钢翼缘为例,当翼缘宽厚比小于

当宽厚比大于

,且小于

当宽厚比大于29.5时,截面类型为Slender。GB50017-2017中S2、S3边界的宽厚比为11,与AISC360的规定比较接近;S5截面翼缘的最大宽厚比为20,小于AISC360中Slender截面的定义。可以看出Compact截面更接近GB50017-2017中的S1、S2截面;Noncompact截面更接近S3、S4、S5截面;Slender对应的截面类型已经超出了GB50017的截面分类,更接近于薄壁型钢截面。我们知道S1、S2截面是抗震截面,或者可以称为“延性截面”。因此AISC360中的Compact可以理解为“延性截面”,Noncompact可以理解为“普通型钢截面”,Slender其实就是薄壁截面。

AISC360中对Compact、Non-compact、Slender三种类型分别给出了需要验算的内容,一般包括弯曲强度验算和稳定性验算。稳定性验算的类型较多钢结构设计与计算,包括侧向扭转失稳验算、受压翼缘局部失稳验算、腹板局部失稳验算等。下面以Compact型双轴对称带腹板翼缘H型钢构件主轴弯曲验算为例,分析中美规范之间的差异。

满足腹板与翼缘Compact类型的截面双轴对称H型钢主轴弯曲校核包括(1)强度屈服校核;(2)侧向扭转失稳校核。

(1)强度屈服验证

什么时候

小时,

看到上面的公式,相信大多数人都会感觉很陌生。因为我们熟悉的受弯构件整体稳定性验算公式与此完全不同。

缺失,就像抗压稳定系数φ没有出现在压缩计算中一样。这也体现了两个规范整体思路上的差异。我们GB50017-2017中的很多公式看似简单,但往往把丰富的内容浓缩在一个或几个参数中,比如这个

在GB50017-2017中,用了整整一个附录C来描述该参数的计算方法,附录C中只给出了

AISC360的计算公式目前尚不清楚,但这些公式的来源尚不清楚。相比之下,AISC360的上述公式更为简单。根据受压翼缘平面外支撑间距,将承载力验算分为三类,涉及塑性、弹塑性失稳和弹性失稳的两个临界支撑间距和边界无支撑间距。

钢结构计算视频_钢结构计算原理_钢结构设计与计算

可按照以下公式计算:

当受压翼缘平面外支撑间距小于

当平面外支撑间距大于

,但小于

当外部支撑之间的距离大于

,就会发生弹性不稳定。

我们来看一个简单的例子。

钢结构设计与计算_钢结构计算原理_钢结构计算视频

AISC360-10验证流程及结果如下:

GB50017-2017验证过程及结果:

对于本例,按AISC360计算的应力比为0.69,而按GB50017计算的应力比为0.77。在材料强度方面,GB50017的Q235强度设计值为215MPa,略高于AISC360-10的强度设计值。

造成结果差异的原因之一是 AISC 对 S1 和 S2 截面比 GB50017 更多地利用了塑性。

对于上例,受压翼缘平面外支撑间距介于Lp和Lr之间,属于第二种类型。为了更全面地比较与其他类型的差异,基于上例进一步深入分析。假设受压翼缘无支撑间距为变量,研究最终应力比与无支撑间距之间的关系,如下图所示:

从两条线的走势可以看出,GB50017计算的应力比大于AISC360计算的应力比。当面外支撑间距较小时,两者差异较小;当支撑间距较大时,两者差异较大,尤其是当支撑间距大于

当 时,两者的差异更为明显,同时还可以看出,GB50017在考虑受弯构件平面外扭转弹性失稳时较为保守。

本文仅以Compact段为例,对比中美规范在计算方法和结果上的差异。除了Compact段钢结构设计与计算,还有很多其他类型,本文的结论不一定适用于所有类型。另外需要再次说明的是,各国规范各有体系,与可靠性、材料水平、加工、施工水平等诸多因素有关。本文仅对比了验证公式本身,不足以说明整体的差异。

 
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