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章节 10-C
按照以下标准的钢结构
英国标准 5950(1985)

 

10-C.1      适用范围

CivilFEM 按照 British Standard 5950 (1985) 对钢结构进行验算,包括根据承载能力极限状态法(塑性屈服、断裂和屈曲)对结构进行验算,所采用的方法为简支设计(构件通过 铰连接)和刚性设计(刚性连接)。不考虑半刚性设计和试验分析。 

可验算的截面包括由轧制型钢或组合型钢构成、承受 2D 或 3D 轴力、剪力和弯矩作用的截面,以及归类为结构钢的实体截面。

CivilFEM 所执行的计算符合 British Standard 5950 (1985)《建筑钢结构设计》第1部分的规定。

 

10-C.2      涉及的验算类型

CivilFEM 可进行以下类型的分析和验算:

·         以下作用下的截面验算:

       - 单向弯曲                                                  British Standard 5950 (1985) 第4.2条

       - 剪切作用下的单向弯曲                              British Standard 5950 (1985) 第4.2条

       - 弯扭屈曲                                   British Standard 5950 (1985) 第4.3条

       - 受拉                                                           British Standard 5950 (1985) 第4.6条

       - 受压屈曲                                  British Standard 5950 (1985) 第4.7条

       - 双轴弯曲和轴向拉力            British Standard 5950 (1985) 第4.8.2条

       - 双轴弯曲和轴向压力      British Standard 5950 (1985) 第4.8.3条

 

10-C.3      支持的单元类型

CivilFEM 支持的单元类型包括以下 ANSYS 2D 和 3D 杆单元及梁单元:

            2D 杆                               LINK1

            3D 杆                               LINK8

            3D 杆                               LINK10

            2D 梁                                 BEAM3

            3D 梁                                 BEAM4

            3D 变截面梁        BEAM44

            2D 变截面梁        BEAM54

            2D 塑性梁                 BEAM23

            3D 薄壁梁     BEAM24

            3D 梁                                 BEAM188

            3D 梁                                 BEAM189

            3D 弹性管                PIPE16

            3D 塑性管                PIPE20

 

 

10-C.4      支持的截面类型

CivilFEM 根据英国标准 5950(1985)进行校核时支持的截面类型如下:

程序库中包含的所有轧制型材 (参见型材库和命令 ~SSECLIB).

焊接组合的双T形、槽形或U形、单T形、 箱形、等边和不等边角钢以及管形型材(命令 ~SSECDMS).

虽然规范未对通过板件定义的通用截面作出明确规定,但可按照规范规定的 一般准则进行处理;在可能的情况下,也可按照上述型材的相关规定进行处理。用户 负责接受这些准则和程序。

CivilFEM 将所有这些截面视为由构件(板件)组成的组合体。例如,工字形截面由五个 构件或板件组成:四个翼缘和一个腹板。这样便于按照本规范进行校核,因为本规范以这种方式 处理截面(英国标准 5950 认为截面由构件,即平板组成)。显然,圆形截面不能分解为 构件,因此具有专门的处理方式。

 

10-C.5      坐标轴系统

CivilFEM 在按照英国标准 5950(1985)进行校核的过程中,考虑并使用三个坐标轴系统, 它们均为右手坐标系:

1.   CivilFEM 坐标轴系统。 (XCF, YCF, ZCF).

2.   截面 坐标轴系统。(XS, YS, ZS).

3.   BS 5950 1985 坐标轴系统(规范坐标轴)。 (XBS, YBS, ZBS).

前两个系统的说明见第5章:梁截面中的坐标轴方向。

图 10-C.5‑1 梁截面中的坐标轴方向

在 BS 5950(1985)坐标轴系统中:

该系统的原点与 CivilFEM 的原点重合。

Z 轴BS 与 CivilFEM 的 X 轴 重合。

X 轴BS 是弯曲主轴,其方向由用户定义。(命令 ~MEMBPRO, ~CHKSTL).

Y 轴BS 垂直于由 X 轴和 Z 轴定义的平面,使 XYZ 系统构成右手坐标系。

要定义此系统,用户必须指定 CivilFEM 的以下哪个半轴:-Z、-Y、+Z 或 +Y 与正弯曲主半轴重合。用户可通过以下命令定义此系统:~MEMBPRO,当通过命令定义构件的部件级属性以用于英国标准 5950(1985)或 ~CHKSTL,当按照本规范进行校核时。然而,如有矛盾,以通过命令输入的 定义为准。~MEMBPRO, 忽略 ~CHKSTL.

 

10-C.6      CivilFEM处理的数据和结果

British Standard 5950 (1985)认为,截面由各个单元(平板)组成,因此有两类属性:一类是整个横截面的属性,另一类是各单元的属性。

CivilFEM根据British Standard 5950 (1985)进行校核时处理以下数据和结果组:

·         截面相关数据:毛截面、净截面和有效截面的属性及尺寸,以及组成截面的各单元的特性和尺寸。

·         规范属性。

·         构件级属性。

·         材料属性。

·         作用于截面上的内力。

·         校核结果。

10-C.6.1           截面数据

British Standard 5950 (1985)规定截面应采用以下数据集:

·         毛截面数据。

·         净截面数据。

·         有效截面数据。

·         与截面等级及其组成单元相关的数据。

因此有两类属性:一类涉及整个截面,另一类涉及各个单元。

毛截面数据对应于横截面的名义属性。

净截面仅考虑面积,该面积由毛截面面积扣除截面孔洞面积得到,并进行修正,以考虑错列孔行的存在以及截面可能发生锯齿形断裂的情况。经适当修正的孔洞面积由用户作为规范属性(命令的AHOLES参数~SECMDF).

有效截面仅考虑面积,该面积由净截面面积乘以系数Ke, 该系数取决于组成截面的材料,由程序计算并存储在材料属性中。

单元等级相关数据根据其尺寸(宽度和厚度)、受力形式(腹板或翼缘)及连接形式(外部单元或内部单元)确定。校核过程中按照BS 5950 (1985)表7(第3.5.2节)的规定,并根据截面类型(轧制截面或焊接组合截面)获得这些数据。截面等级取其各单元中的最不利等级。

对于4类截面,计算材料强度的折减系数(fr),材料强度(ry)。对于较低等级的截面,不考虑材料强度的任何折减(fr=1).

BS 5950 (1985)模块以用户单位制下的毛截面数据作为初始数据。程序将这些数据从截面坐标系转换到规范坐标系,并在该坐标系中给出结果。(参见本手册第5章梁截面中的“坐标系”部分)。程序计算净截面和有效截面数据以及等级相关数据,并将其与毛截面数据一起,以用户单位制和CivilFEM坐标系存储。所有这些数据均可使用命令列表显示和绘图 ~CSLST y ~PRSTL.      

下表汇总了BS 5950 (1985)中使用的截面数据。

I.- 毛截面数据 (尺寸)

描述

数据

        输入 数据:

 

1.- 高度

H

2.- 腹板厚度

Tw

3.- 翼缘厚度

Tf

4.- 翼缘宽度

B

5.- 翼缘间距

Hi

6.- 腹板–翼缘圆角半径(轧制型材)

r1

7.- 翼缘端部圆角半径(轧制型材)

r2

8.- 焊缝尺寸(焊接型材)

a

9.- 腹板–翼缘圆角或焊缝之间的距离

d

II.- 毛截面数据(承载性能)

说明

数据

        输入 数据:

 

1.- 面积

A

2.- 垂直于 X 轴的剪切面积

Avx

3.- 相对于 X 轴的 Sv 参数

Svx

4.- 垂直于 Y 轴的剪切面积

Avy

5.- 相对于 Y 轴的 Sv 参数

Svy

6.- 剪切屈曲承载力(X)

Vcrx

7.- 剪切屈曲承载力(Y)

Vcry

8.- 扭转惯性矩

It

9.- 弯曲惯性矩

Ixx, Iyy

10.- 离心惯性积

Ixy

11.- 弹性截面模量

Wx, Wy

12.- 塑性截面模量

Wpx, Wpy

13.- 回转半径

ix, iy

14.- 轮廓边界极值坐标

Ymin、Ymax、Xmin、Xmax

15.- 按 X 和 Y 方向从重心到剪切中心的距离

Xms, Yms

16.- 从重心到 YTop 纤维的距离

Ys

17.- 从重心到 XTop 纤维的距离

Xs

18.- 翘曲模量

Iw

19.- 抗剪面积

Yws, Xws

20.- 抗扭模量

Zwt

        输出 数据:

 

1.- 塑性中心的 Y 坐标

Yp

2.- 塑性中心的 X 坐标

Xp

3.- 设计强度折减系数

Frd

4.- 最大厚度

EPSmax

5.- 参数 N

NsupCmp

6.- 截面类别

Cls

7.- 用于抗剪验算的腹板类别(X 轴)

ClsAlmX

8.- 用于抗剪验算的腹板类别(Y 轴)

ClsAlmY

* 截面特性是指规范轴(XBS, YBS, ZBS)

 

III.- 净截面数据

说明

数据

        输入 数据:

 

AHOLES*

 

        输出 数据:

 

1.- 截面净面积

An

 

* 孔洞减重作为规范属性输入(见本手册第 5 章)

IV.- 有效截面数据

有效面积通过将预先计算的净面积乘以一个系数计算得出Ke, 该系数根据材料特性获得(见本手册第 3 章)。

 

说明

数据

        输入 数据:

 

1.- Ke y An

 

        输出 数据:

 

1.- 截面的有效面积

Ae

*   con  (毛面积)

 

V.- 构成截面的构件相关数据

说明

数据

        输入 数据:

 

1.- 构件数量

N

2.- 构件类型:翼缘或腹板(相对于弯曲主轴)

Pltype

3.- 端部连接类型:自由或固结

Cp1, Cp2

4.- 构件厚度

t

5.- 构件端部坐标(在截面坐标轴中)

Yp1, Yp2, Zp1, Zp2

        输出 数据:

 

1.- 构件类别

Cl

2.- 材料强度折减系数

FR

3.- 腹板类别

Webclass

10-C.6.2           属性 构件级

对于按照 BS 5950 (1985) 进行验算,采用下表所述的构件级属性集合。所有这些属性(包括输入和输出属性)均与截面数据一起,以用户单位制和 CivilFEM 坐标轴存储。(命令的参数 L、Kcxy、 Kcxz、KLtxy、KLtxz、n、m、CFBUCKXY、CFBUCKXZ、CteRob、DL 和 CHCKAXIS ~MEMBPRO).

表 10-C.6‑1 构件级属性

说明

数据

条目

        输入 数据:

 

 

1.- 约束间长度

L

 

2.- XY 平面内受压屈曲系数

Kcxy

第 4.7.2 节

3.- XZ 平面内受压屈曲系数

        (XY 平面屈曲有效长度 =L*Kvxy )

        XZ 平面屈曲有效长度 =L*Kvxz )

Kcxz

第 4.7.2 节

4.- XY平面内的侧向扭转屈曲系数

KLtxy

第4.3.5节

5.- XZ平面内的侧向扭转屈曲系数

KLtxz

第4.3.5节

6.- XY 和 XZ 平面的屈曲系数         XY 平面约束间长度 =L*Cfbuckxy )         XZ 平面约束间长度 =L*Cfbuckxz )

Cfbuckxy, Cfbuckxz

 

7.- Robertson常数

CteRob

附录C.2

8.- 均匀弯矩系数

m

第4.3.7.6节

9.- 长细比修正系数

n

4.3.7.6

10.- 翼缘加劲肋高度

DL

第4.3.7.5节

11.- CivilFEM轴,即BS 5950 (1985)的X轴

        0: 未定义

        1: CivilFEM -Z

        2: CivilFEM +Y

        3: CivilFEM +Z

        4: CivilFEM -Y

CHCKAXIS

 

        Datos 输出:

 

 

10-C.6.3           材料属性

按照British Standard 5950 (1985)进行校核时,使用以下材料属性:

表10-C.6‑2 材料属性

描述

属性

钢材 屈服极限

极限应力

设计强度

ry (BS 4360)

安全系数

弹性模量

E = 205 kN/mm2

系数 Poisson

n = 0.3

膨胀系数

有效面积 / 净面积 比值

Ke (BS 4360)

参数 e

e

该 规范还规定了其他安全系数(gl, gp, gf) 这些系数取决于荷载类型,必须在组合模块中使用,才能正确地组合荷载。  

10-C.6.4           应力

验算中涉及的应力取自所选 load step 和 substep 对应的 CivilFEM 结果文件(file .RCV)。CivilFEM 会进行必要的转换,以符合 BS 5950 (1985) 的单位、坐标轴和判定准则。CivilFEM 内部按照该规范的约定执行。

下表列出了所考虑的应力组。表头中的应力均以 BS 5950 (1985) 的坐标轴为基准(X 轴为主弯曲轴)。助记符采用该规范中的表示。

 

表 10-C.6‑3 应力

Esfuerzo

说明

F

计算轴力

FVX

按 BS 规范 X 轴计算的 剪力

FVY

按 BS 规范 Y 轴计算的 剪力

MX

按 BS 规范 X 轴计算的 弯矩

MY

按 BS 规范 Y 轴计算的 弯矩

 

10-C.7      验算过程o

验算过程的步骤如下:                                     

1.   读取 用户要求的验算类型(作用效应)。

2.   读取 CivilFEM 中作为主弯曲轴的坐标轴,并使其与 BS 5950 (1985) 的 X 轴重合。
CivilFEM 的弯曲主半轴默认与 BS 5950 (1985) 的 +X 轴重合,该半轴为 –Z 半轴。

3.   对 每个选定单元执行以下操作:

a.    获取 CivilFEM 数据库中存储的、与该单元对应的材料属性,并计算验算所需的其余属性:
从 CivilFEM 数据库获取的属性:(命令 ~CFMP)

 

弹性 模量

E

模量 Poisson

n

屈服 极限

Ys

极限 应力

Us

设计 强度

Ke 参数

Ke

安全 系数

 

计算属性:

横向变形 模量:     

材料 常数  Epsilon:             

    (  en N/mm2)

b.    获取与该构件对应的截面数据。

c.    确定截面类别。

d.    计算细长截面(第4类)情况下设计强度的折减系数。

e.    获取作用于截面上的内力(FX, FVX, FVY、 MX、MY)

f.     根据受力类型对截面进行专项验算。

g.    获取计算结果。作为一种备选方式,结果将存储在 CivilFEM 结果文件(.RCV)中。

10-C.7.1           截面的一般处理。计算截面类别和折减系数。

根据 British Standard 5950 (1985),截面被视为由板件(平板)组成。这些 板件根据以下标准分类:

a) 其 受力形式:

相对于 X 轴和 Y 轴的腹板和翼缘,具体取其中一个作为 主弯曲轴。

b) 与其他板件的 连接方式:

内部或外部 板件(悬臂板件)

程序库中所含型材的截面为每块板件提供了这些信息。它根据各轴将板件 分类为翼缘或腹板,并给出板件两端的连接类型,将其分类为有支撑端或自由端(有支撑端是指与 另一板件共用的端部,否则为自由端)。

为进行结构安全性分析,BS 5950 (1985) 将截面分为4个可能的类别(第3.5.2条)。

1类

塑性 截面。能够形成塑性铰,并具有塑性分析所需转动能力的横截面。

2类

紧凑 截面。能够达到塑性弯矩,但转动能力有限的横截面。

3类

半紧凑 截面。构件最受压纤维处的应力可以达到设计最大应力,但局部屈曲可能妨碍达到塑性弯矩的横截面。

4类

细长截面。 在确定其抗弯矩或抗压承载力时,必须明确考虑局部屈曲影响的横截面。

截面的类别取其组成构件(翼缘和腹板)中的最高类别。首先,根据 British Standard 5950 (1985) 表7规定的限值确定各构件的类别;根据该表,构件类别取决于:

1.   板件宽度与厚度的 几何比值。

Rd = Anchura / espesor

2.   根据截面、构件和连接条件,该比值可能具有的 限值。几何比值超过这些限值的构件被视为4类构件。限值如下:

 

·    组合截面:

 

构件类型

构件类别

1类

2类

3类

外伸翼缘

内伸翼缘

内伸腹板

If

If

If   见文末注释

外伸腹板(T形截面)

 

·    轧制截面:

 

构件类型

构件类别

类别 1

类别 2

类别 3

外翼缘

内翼缘

内腹板

If

If

 

If    见末尾注释

外腹板(T形截面)

 

·    角形截面:

 

角形截面

构件类别

类别 1

类别 2

类别 3

 

and

* b 和 d 为两边的宽度 t 为厚度

对于程序型材库中包含的轧制型材,其翼缘和腹板的分类已包含在库中。对于其他情况,用户可以指定分类;如果未指定,程序将根据角度自动确定分类a 与主弯曲轴的倾角,依据以下准则:

对于 a > 45° 腹板

对于 a < 45° Ala

3.   因此,除构件类型、内置或悬臂状态以及截面类型外,该关系的界限还取决于材料参数e,、构件沿线应力分布的参数以及参数a ,其具体体现为以下参数:e, R y a.

参数计算:

       

其中:

塑性中和轴到与受压翼缘相连端部的距离。如果a > 2 认为截面完全受压。

材料的设计强度。

沿构件宽度方向的平均应力。受压取正值,受拉取负值。

注:如果  规范未规定如何确定构件的类别。分析表达式,可以看出,从物理意义上讲,对于 整个构件已经处于受拉状态。规范取其限值为  因此,对于 程序假定构件受拉,并将构件指定为第1类。 

 

4.   将构件中最高的类别指定给截面。

·    管截面:

对于管截面,直接将截面视为单个板件确定其类别,Rd 和 Limites 参数按以下方式计算。

D

外径。

t

厚度。

 

管截面

构件类别

第1类

第2类

第3类

 

 

注:对于内腹板宽厚比(Rd)大于 63· 的截面e (剪切细长腹板),规范规定应根据其中第4.4.5节对其进行剪切屈曲验算。为此,规定了腹板分类(Webclass)。

 

计算折减系数 (fr)用于第4类截面

根据 British Standard 5950(1985),材料的强度(ry)在细长截面(第4类)受压设计中应乘以折减系数 fr根据本标准表8(第3.6.4节)。

截面折减系数的确定步骤如下:

1.      根据本标准表8的规定,计算截面每个翼缘的折减系数。

2.      取各构件折减系数中的最小值作为该截面的折减系数。 

表10-C.7‑1 细长截面的折减系数(fr)

构件 类型

截面类型

折减 系数

外翼缘

组合

Laminada

内翼缘

组合

Laminada

 

单角钢和未连接双角钢的 翼缘

轧制

以下各项中的最小值

y

连接双角钢的 翼缘

轧制

T形截面

 

取决于截面类型的尺寸 b、d、t、T,定义见 BS 5950 (1985) 第1部分图3(截面尺寸)。

10-C.7.2           受剪单向弯曲构件的验算(BS 第 4.2节)

1.   应力选择。
此类作用下考虑的应力为:

Fv = FZ o FY

垂直于弯曲主轴的剪应力 设计值。

Mx = MY o MZ

相对于弯曲主轴的弯矩 设计值。

2.   确定截面等级,并在4类截面情况下计算材料承载力的折减系数(fr=1(对于其他类别的截面)。

3.   验算准则 计算。
对于承受弯矩和剪力的构件,进行三项验算,从而得到三个判据:

3.1.        剪力验算

首先在每个截面验算以下条件(BS 5950(1985)第4.2.3节):

    à   

其中:

PV

抗剪承载力:

ry

材料设计强度(4类截面应予以折减)。

AV

剪切面积,即毛截面面积减去翼缘面积所得的面积。

 

剪切面积(A的计算V)

抗剪有效面积(Av)按以下方法确定(见BS 5950-1985第4.2.3节):

 

表10-C.7‑2 剪切面积

截面类型

剪切面积(Av)

轧制I、H和C形截面,荷载平行于腹板。

组合截面,荷载平行于腹板。

钢板和钢条。

轧制箱形截面,荷载平行于腹板。

管形截面。

其他截面。

其中:

t

腹板厚度

B

截面宽度

D

截面高度

d

腹板长度

A

截面面积

截面各腹板面积之和:

对于双向弯曲,分别计算两个剪切面积:垂直于规范的 X 轴和 Y 轴。

3.2.        腹板抗剪屈曲验算(第 4.4.5 节)

如果截面具有 slender 腹板()还应按照规范第 4.4.5 节进行抗剪屈曲验算,并应满足以下 判定条件:

其中:

抗剪屈曲承载力(对截面所有腹板求和)。

抗剪极限承载力.

d

腹板高度.

t

腹板厚度.

抗剪极限承载力(qcr)取自规范表 21(a) 至 21(d),其中列出了 ,其中 a 是加劲肋之间的距离。程序不包括设置加劲肋的情况,因此 a/d 取无穷大。

规范仅针对以下材料设计强度值规定了这些表:r, , , 。 对于其他 ry 已采用下表进行 :

 

表 10-C.7‑3 抗剪极限承载力(qcr)

ry (N/mm2)

40 级 厚度(mm)

43 级 厚度(mm)

50 级 厚度(mm)

55 级 厚度(mm)

WR50A 级 厚度(mm)

WR50B 级 厚度(mm)

WR50C 级 厚度(mm)

采用的表(*)

450

 

 

 

16

 

 

 

21 d

430

 

 

 

25

 

 

 

21 d

415

 

 

 

40

 

 

 

21 d

355

 

 

16

 

 

 

 

21 d (*)

345

 

 

40

 

12

12/25/40

12/25/40

21 c

340

 

 

63

 

 

50

63

21 c (*)

325

 

 

100

 

25/40

 

 

21 c

275

 

16

 

 

 

 

 

21 b (*)

265

 

40

 

 

 

 

 

21 a (*)

260

16

 

 

 

 

 

 

21 a

255

 

63

 

 

 

 

 

21 a

245

40

100

 

 

 

 

 

21 a

240

63

 

 

 

 

 

 

21 a

225

100

 

 

 

 

 

 

21 a

* 规范仅规定了这四个表。

当腹板在剪切作用下不属于薄腹板(d/t<63)时,取:

3.3.        弯矩验算

除抗剪判定条件外,还应验算每个横截面是否满足以下条件(BS 5950 (1985) 第 4.2.5 和 4.2.6 节):

    à   

其中:

抗弯承载力。

折减系数ry.

抗弯截面模量。

当剪应力超过截面抗剪承载力的 60%时,即在下列情况下,应根据剪应力对抗弯截面模量(Mdf)进行折减:

抗弯截面模量按以下步骤确定:

a.    对于纤细截面和半紧凑截面:

b.    对于塑性截面和紧凑截面:

Si

Si

Si  进行

其中:

Z

弹性截面模量(取自截面特性).

S

截面的塑性截面模量.

SV

考虑剪应力时用于确定折减塑性截面模量的参数.

Sv 参数的计算

S 的计算v按以下公式进行:

SV = S - SR

其中:

S

截面的塑性截面模量(各构件塑性截面模量之和):

SR

从总截面中扣除抗剪面积后所得面积对应的塑性截面模量(所有腹板之和): 

4.   最终判据的计算:

            CRT_TOT = Máximo (Crt_V, Crt_PV, Crt_M)

5.   输出结果作为一种替代方式写入 CivilFEM 结果文件(.RCV)。校核结果(判据和变量)如下表所述。

 

表 10-C.7‑4 第 4.2 条 受剪简单弯曲构件的校核

Resultado

项目

条款

说明

MX

Mx

 

弯矩设计值

MC

Mc

4.2.5

截面计算抗弯承载力

FV

Fv

 

剪应力计算值

PV

Pv

4.2.3

塑性抗剪承载力计算值

CRT_V

Fv/Pv

4.2.3

剪切验算准则

CRT_PV

Fv/Vcr

4.4.5

剪切屈曲验算准则

CRT_M

Mx/Mc

4.2.5

弯矩验算准则

CRT_TOT

 

 

总验算准则

CLASS

 

3.5.2

截面类别

WEBCLASS

 

3.5.2

腹板剪切屈曲类别

MDF

Mdf

4.2.5

修正截面模量(弹性或塑性)

VCR

Vcr

4.4.5

抗剪屈曲承载力

 

10-C.7.3           受弯构件侧向屈曲验算(BS 第4.3节)

1.  内力选择。
此类作用下考虑的内力为:

Mx = MY o MZ

相对于主弯曲轴的弯矩计算值.

2.   类别确定。

3.   验算准则 计算。

仅进行一次验算,得到以下验算准则:

其中:

等效均匀弯矩。

侧向扭转屈曲抗弯承载力。

m

等效均匀弯矩系数。必须作为构件级属性输入。默认值为1。

所考虑构件或构件部分的最大弯矩。

 

3.1 抗弯承载力 Mb 对于至少关于一个轴对称的截面(第4.3.7节和附录B.2)

侧向扭转屈曲抗弯承载力 Mb根据以下取自BS5950(1985)附录B的公式计算:

 

其中:

Mp

塑性弯矩承载力

Sx

相对于弯曲主轴(British Standard 的 X 轴)的塑性截面模量。

材料设计应力。

弹性临界弯矩:

Perry 系数。

Perry 系数hLT侧向扭转屈曲的计算如下:

a) 对于轧制型材:

其中 

b) 对于焊接型材:

        

其中:

式中:

L等效细长比限值。

     

这是一个取值为  0.007 的常数。

E等效细长比。

 

A. 等效细长比的计算 对于 I、T 和 C 截面

等效细长比lLT按照以下公式取值:

其中:

n

细长比修正系数。用户将其作为构件级属性输入。默认值为 1。

v

细长比系数。

u

屈曲参数。

对于关于强轴对称的截面,屈曲参数 u 的值按以下公式计算:

其中:

关于次弯曲轴的惯性矩。

Sx

关于主轴的塑性模量。

系数

截面面积

翘曲常数

 

细长比系数 v 按下式计算:

其中:

 

受压翼缘关于次主轴的惯性矩。

受拉翼缘关于次主轴的惯性矩。

单对称 指标

 

单对称指标 ψ 按下式确定:

   For

   For

 

其中:

D

截面高度。

DL

加劲唇的高度(如有)(构件级属性)。默认值为 DL=0。

扭转指标 x 按下式计算,该公式适用于至少关于一条轴对称的截面。

其中:

J

扭转模量。

 

B. 等效细长比的计算 对于箱形截面

对于箱形截面,等效细长比可直接通过以下表达式计算

对于厚度均匀的箱形截面,只要细长比 λ 不超过下表根据截面高度与宽度之比 D/B 给出的限值(规范附录 B.2 的表 38),就无需验算弯扭屈曲。 

 

表 10-C.7‑5 细长比限值

D/B

细长比 λ 限值

1

无穷大

2

3

4

 

3.2 抗弯承载力矩 Mb对于简单角钢截面(第 4.3.8 节)

角钢截面的侧向扭转屈曲抗弯承载力矩 Mb 按 BS5950(1985)第 4.3.8 节确定:

   for 

   for 

    for 

其中:

Z

关于相应轴的弹性模量。

相对于弱轴的回转半径。

L

构件约束之间的长度。

: 由钢板定义的通用截面在规范中没有针对侧向扭转屈曲的明确处理规定,因此程序不会对其进行验算。

 

表 10-C.7‑6 第 4.3 条 受侧向扭转屈曲构件的验算

Resultado

概念

条目

说明

  MB

Mb

B.2 y 4.3.8

侧向扭转屈曲抗力矩

 UNF_MOMT

4.3.7.2

等效均布弯矩

 M

m

4.3.7.6

等效均布弯矩系数

LAMBDA

Lambda

4.3.7.5

长细比

LAMBDALT

LambdaLT

4.3.7.5

等效长细比

LAMBDALO

LambdaLO

B.2.4

等效长细比限值

 CRT_TOT

4.3.7.1

总判据

 CLASS

 

3.5.2

截面类别

WEBCLASS

 

3.5.2

腹板类别

10-C.7.4           受拉构件验算(BS 第 4.6 节)

1.    内力选择。
此类作用下考虑的内力为:

F = FX

轴向力设计值(受拉时为正;受压时不处理该构件)

2.   类别确定。

3.   判据计算。
对于承受轴向拉力的构件,在每个截面处验算一般判据Crt_TOT,该判据与轴向力判据Crt_N:

    à   

其中:

Pt

抗拉强度:

Ae

根据规范第3.3.3节计算的截面有效面积。

ry

材料的设计强度。

4.   输出结果也可作为替代方案写入 CivilFEM 结果文件(.RCV)中。校核结果(判据和变量)见下表。

 

表 10-C.7‑7 第4.6条 受拉构件校核

Resultado

项目

条款

说明

  F

F

4.6.1

受拉轴力设计值

  PT

Pt

4.6.1

截面抗拉设计强度

 CRT_TOT

F/Pt

4.6.1

总判据

10-C.7.5           受压构件的屈曲校核(BS 第4.7节)

1.  内力选择。
此类作用考虑的内力为:

F = FX

轴力设计值(受压时为正;如果不存在受压,则不处理该构件)。

2.  确定截面类别,并计算 4 类截面材料强度折减系数(其他截面 fr=1)。

3.  判据计算。
当考虑受压构件的屈曲现象时,校核条件为:

    à   

其中:

F

轴力设计值。

Pc

受压屈曲设计强度:

毛截面面积。

构件抗压强度。

计算rc 按如下方式确定(参见 BS 5950(1985)附录 C):

其中:

材料设计强度乘以折减系数 fr 对于薄截面(4 类截面)。对于组合截面,减去 20 N/mm2设计强度值(根据截面类别确定是否折减)。因此:

对于 1、2、3 类截面:对于 4 类截面:

欧拉临界应力:

E

材料弹性模量。

构件 长细比

屈曲有效长度:

截面的最小回转半径。

L

构件 长度。

屈曲平面 XZ 和 YZ 中屈曲长度的修正系数。

Perry 系数(h)按照 BS 5950(1985)附录 C.2 确定:

a

其中 lo 为构件的极限长细比

常数 a(Robertson 常数)由程序根据截面类型和屈曲轴,按照 BS 5950(1985)第 1 部分表 25 计算。在任何情况下,如果用户在构件级属性中输入了数值,程序将优先采用该数值。

a=

表 27 (a) 中为 2.0

a=

表 27 (b) 中为 3.5

a=

表 27 (c) 中为 5.5

a=

表 27 (d) 中为 8.0

为按照应用该表的要求区分 I 型和 H 型截面,采用以下判定标准:

如果   ,则为 I 型截面

如果  ,则为 H 型截面

4.  输出结果可选择写入 CivilFEM 结果文件(.RCV)。校核结果(包括判据和变量)如下表所述。

 

表 10-C.7‑8 第 4.7 条 受压构件的屈曲验算

Resultado

概念

条款

说明

F

F

4.7

压缩轴力的 计算值

PC

Pc

4.7.4

受压构件的 屈曲计算承载力

RHOC

rc

4.7.5

构件的 抗压承载力

LAMBDA

Lambda

4.7.3

构件的 无量纲长细比

LAMBDA0

Lambda0

C.2

极限 长细比

PERRYFCT

NU

C.2

佩里系数

ROBERSTS

a

C.2

罗伯逊 常数

CRT_TOT

4.7

BS 5950(1985)的 整体判定准则

WEBCLASS

 

3.5.2

截面腹板的 类别

CLASS

 

3.5.2

截面的 类别

10-C.7.6           受拉构件在双向弯曲作用下的验算(BS 4.8.2)

1.   内力 选择。
此类作用所考虑的内力为:

F = FX

轴力的 计算值.

Mx = MY o MZ

相对于主弯曲轴的弯矩的 计算值.

My = MZ o MY

相对于次弯曲轴的弯矩的 计算值.

2.   类别的确定(对于受拉构件,4 类截面不降低材料的 设计强度)。

3.   判定准则 计算。

对于承受双向弯曲的受拉构件,在每个截面处验算与弯矩和剪力作用情况相同的条件(见本手册第 9.8.2 节);由于剪力的存在,应降低塑性抗弯承载力,并验算两个方向的抗剪承载力准则以及腹板的剪切屈曲。


因此,此类验算包括以下 检查:

3.1 两个方向的剪切验算

其中:

Fvx y Fvy

分别沿 X 轴和 Y 轴的剪力.

Fvx y Fvy

分别沿 X 轴和 Y 轴的抗剪承载力.

3.2 腹板剪切屈曲验算

 

其中 Vcrx 和 Vcry 分别为沿 X 轴和 Y 轴的抗剪承载力

3.3 轴力和弯矩验算

对每个截面验算以下条件:

等效条件为:

Crt_CMP = Crt_AXL + Crt_Mx + Crt_My £ 1

其中:

F

拉轴力。

Mx

相对于英国标准 X 轴的弯矩。

My

相对于英国标准 Y 轴的弯矩。

Ae

截面的有效面积。

ry

材料的设计强度。

Mcx

相对于英国标准 X 轴的抗弯承载力。

Mcy

相对于英国标准 Y 轴的抗弯承载力。

Mcx 和 Mcy 的值按照 BS 5950 (1985) 第 4.2.5 和 4.2.6 节计算,并考虑剪力的影响(见本 手册第 9.8.2 节)。

在这种情况下(绕两个轴弯曲),需计算剪切面积 Av,以及相对于两个轴(垂直于规范的 X 轴和 Y 轴)的塑性截面模量 S 和参数 Sv。

3.3 整体准则验算

CRT_TOT = Max (Crt_CMP, Crt_VX, Crt_VPX, Crt_VY, Crt_VPY)

4.   输出结果也可作为一种替代方案写入 CivilFEM 结果文件 (.RCV)。验算结果(准则和变量)说明如下表所示。

 

表 10-C.7‑9 第 4.8.2 条 受拉构件斜弯曲验算

Resultado

概念

条款

描述

F

F

 

轴力设计值

MX

4.2.5

按 X 轴计算的弯矩设计值

MY

4.2.5

按 Y 轴计算的弯矩设计值

FVX

 

按 X 轴的剪力

FVY

 

按 Y 轴的剪力

PVX

4.2.3

按 X 轴的抗剪承载力

PVY

4.2.3

按 Y 轴的抗剪承载力

PT

4.6.1

截面抗拉设计强度

MCX

4.2.5, 4.2.6

按 X 轴的截面折减抗弯设计强度

MCY

4.2.5, 4.2.6

按 Y 轴的截面折减抗弯设计强度

CRT_AXL

F/

4.8.2

轴力验算准则

CRT_VX

4.2.3

按 X 轴的抗剪验算准则

CRT_VY

4.2.3

按 Y 轴的抗剪验算准则

CRT_MX

4.2.5, 4.2.6

按 X 轴的抗弯验算准则

CRT_MY

4.2.5, 4.2.6

按 Y 轴的抗弯验算准则

CRT_PVX

4.4.5

按 X 轴的腹板抗剪屈曲验算准则

CRT_PVY

4.4.5

按 Y 轴的腹板抗剪屈曲验算准则

CRT_CMP

Crt_AXL+

Crt_MX+

Crt_MY

4.8.2

轴向应力 + 弯矩 准则

SVX

4.2.6

按 X 轴的塑性截面模量折减参数

SVY

4.2.6

按 Y 轴的塑性截面模量折减参数

CRT_TOT

 

4.8.2

BS 5950 (1985) 总体验算准则

AVX

4.2.3

按 X 轴的剪切面积

AVY

4.2.3

按 Y 轴的剪切面积

VCRX

4.4.5

按 X 方向计算的腹板抗剪屈曲承载力

VCRY

4.4.5

按 Y 方向计算的腹板抗剪屈曲承载力

MDFX

*1

4.2.6

按 X 方向采用的截面抵抗矩

MDFY

*1

4.2.6

按 Y 方向采用的截面抵抗矩

ZX

4.2.6

相对于 X 轴的弹性截面模量

SX

4.2.6

相对于 X 轴的塑性截面模量

ZY

4.2.6

相对于 Y 轴的弹性截面模量

SY

4.2.6

相对于 Y 轴的塑性截面模量

CLASS

 

3.5.2

截面等级

WEBCLASS

 

3.5.2

腹板等级

 

10-C.7.7           受压弯构件的斜弯曲验算(BS 4.8.3)

1.   应力选择。
此类荷载作用下考虑的应力为:

F = FX

轴向力设计值。

Fvx  =  FY o FZ

垂直于弯曲主轴的剪力设计值

Fvy  =  FZ o FY

垂直于弯曲次轴的剪力设计值

Mx = MY o MZ

相对于弯曲主轴的弯矩设计值。

My = MZ o MY

相对于弯曲次轴的弯矩设计值。

2.   截面等级的确定,以及 4 级截面情况下材料承载力折减系数的计算(fr=1(对于其他截面)。

3.   验算准则计算。
对于承受斜弯曲的受压构件,规范要求进行以下两类验算:局部验算(截面层面)和整体验算(屈曲),具体如下。

3.1 局部验算

3.1.1     局部轴向力验算(截面)

     其中:

F

轴向力.

Fc

抗压承载力

 

3.1.2     与弯曲-拉伸验算相同的局部验算(见本手册第 9.8.6 节)

相对于 X 轴的弯矩准则 = Crt_MX_L

相对于 Y 轴的弯矩准则 = Crt_MY_L

垂直于 X 轴的剪应力准则 = Crt_VX

垂直于 Y 轴的剪应力准则 = Crt_VY

腹板发生垂直于 X 轴的剪切屈曲准则 = Crt_PVX

腹板垂直于 Y 轴的剪切屈曲准则 = Crt_PVY

 

3.1.3     构件局部验算

3.2 整体验算

3.2.1     轴向力整体验算(屈曲)

仅进行一次验算,得到以下判据:

其中:

F

轴向力设计值.

Pc

受压屈曲设计承载力:

Ag

毛截面面积.

rc

按规范第4.7条计算的构件抗压承载力.

 

3.2.2     绕X轴弯矩整体验算

其中:

m

等效均匀弯矩系数。作为构件级属性输入。默认值为1.

Mx

绕主轴弯矩.

Mb

按规范第4.3条计算的侧向扭转屈曲承载力.

 

3.2.3     绕Y轴弯矩整体验算

其中:

m

等效均匀弯矩系数。作为构件级属性输入。默认值为1.

My

绕弱轴弯矩.

ry

材料设计应力.

Zy

截面弹性模量.

 

3.2.4     构件整体验算

3.3 总验算

4.   输出结果也可转存至 CivilFEM 结果文件(.RCV)中。校核结果:判据和变量,如下表所述。

 

表 10-C.7‑10 第 4.8.3 条 受斜弯曲作用的受压构件校核

Resultado

概念

条目

描述

F

F

 

轴力设计值

PC

4.7.4

受压屈曲设计承载力

FVX

 

沿 X 轴的剪力

MX

 

沿 X 轴的弯矩设计值

ZX

4.2.6

沿 X 轴的弹性截面模量

SX

4.2.6

沿 X 轴的塑性截面模量

SVX

4.2.6

沿 X 轴的塑性截面模量折减系数

AVX

4.2.3

沿 X 轴的剪切面积

VCRX

4.4.5

腹板沿 X 轴剪切屈曲承载力

MDFX

*Ro1

4.2.6

沿 X 轴采用的截面抵抗矩

PVX

4.2.3

沿 X 轴的抗剪承载力

MCX

4.2.5, 4.2.6

沿 X 轴的截面折减弯曲设计承载力

FVY

 

沿 Y 轴的剪力

MY

 

沿 Y 轴的弯矩设计值

ZY

4.2.6

沿 Y 轴的弹性截面模量

SY

4.2.6

沿 Y 轴的塑性截面模量

SVY

4.2.6

沿 Y 轴的塑性截面模量折减系数

AVY

4.2.3

沿 Y 轴的剪切面积

VCRY

4.4.5

腹板沿 Y 轴剪切屈曲承载力

MDFY

*Ro1

4.2.6

按 Y 轴采用的截面抗弯模量

PVY

4.2.3

按 Y 轴的抗剪承载力

MCY

4.2.5, 4.2.6

按 Y 轴的截面折减计算抗弯承载力

M

M

4.8.3.3

等效均匀弯矩系数

LAMBDA

Lambda

4.3.7.5

长细比

LAMBDA0

Lambda0

C.2

限值长细比

LAMBDALT

LambdaLT

4.3.7.5

等效长细比

LAMBDAL0

LambdaL0

B.2.4

等效长细比限值

PERRYFCT

NU

C.2

Perry 系数

MB

Mb

4.3.7

侧向扭转屈曲承载力

CRT_TOT

Max(Crt_CM_L, Crt_CM_O, Crt_VX,Crt_VY... )

4.8.3

整体准则

CRT_CM_L

Crt_AX_L + Crt_MX_L + Crt_MY_L

4.8.3

轴向应力 + 弯矩局部准则

CRT_CM_O

Crt_AX_O + Crt_MX_O + Crt_MY_O

4.8.3

轴向应力 + 弯矩整体准则

CRT_AX_L

F/

4.8.3

局部轴力准则

CRT_MX_L

/

4.2.5, 4.2.6

按 X 轴的局部弯曲准则

CRT_MY_L

/

4.2.5, 4.2.6

按 Y 轴的局部弯曲准则

CRT_AX_O

F/

4.8.3

整体轴力准则

CRT_MX_O

4.8.3

按 X 轴的整体弯曲准则

CRT_MY_O

4.8.3

按 Y 轴的整体弯曲准则

CRT_VX

/

4.2.3

按 X 轴的抗剪准则

CRT_PVX

/

4.4.5

按 X 轴的腹板剪切屈曲准则

CRT_VY

/

4.2.3

按 Y 轴的抗剪准则

CRT_PVY

/

4.4.5

按 Y 轴的腹板剪切屈曲准则

CLASS

Class

3.5.2

截面类别

WEBCLASS

Webclass

3.5.2

腹板类别