10-F.1 适用范围
CivilFEM依据中国钢结构规范GB50017对钢结构进行验算，包括对由轧制型钢或组合型钢构成、在三维状态下承受轴力、剪力和弯矩作用的结构进行检查。
CivilFEM执行的计算符合GB50017的规定，具体如下各节所述：
|
第4节 |
受弯构件计算 |
|
第5节 |
承受轴力以及轴力与弯曲共同作用的结构计算 |
10-F.2 所涉及的验算类型
CivilFEM可进行以下类型的分析和验算：
· 以下受力截面的验算：
- 弯曲 GB50017 第4.1.1条
- 剪力 GB50017 第4.1.2条
- 弯曲和剪力 GB50017 第4.1.4条
- 轴力 GB50017 Art. 5.1.1
- 压弯 GB50017 第5.2.1条
- 压缩屈曲 GB50017 第5.1.2条
10-F.3 支持的单元类型
CivilFEM支持以下ANSYS二维和三维杆单元及梁单元：
二维杆 LINK1
三维杆 LINK8
三维杆 LINK10
二维梁 BEAM3
三维梁 BEAM4
三维梁 BEAM44
二维变截面梁 BEAM54
三维薄壁梁 BEAM24
3D 弹性管 PIPE16
3D 塑性管 PIPE20
3D 线性有限变形梁 BEAM188
3D 二次有限变形梁 BEAM189
此外，还可以验算从二维或三维模型中捕获的实体截面，其横截面类型被归类为“structural steel”。
10-F.4 支持的截面类型
CivilFEM 支持的、用于按照 GB50017 进行验算的截面类型如下：
- 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).
- 由钢板定义的组合型材（命令 ~SSECPLT).
- 来自实体截面的型材，其横截面被归类为“structural steel”（命令 ~SLDSEC).
10-F.5 计算依据
10-F.5.1 截面数据
构件的截面数据应包含在 CivilFEM 数据库中。定义横截面或捕获实体截面时，系统会自动 获得其全部几何和力学性质。下面汇总了按照 GB50017 标准进行验算所需的截面数据：
表 10-F.5‑1 截面数据
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Datos |
说明 |
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A |
截面面积 |
|
Iy |
关于 Y 轴的惯性矩 |
|
Iz |
关于 Z 轴的惯性矩 |
|
Iyz |
关于 YZ 的惯性积 |
|
y |
所考虑纤维的 Y 坐标 |
|
z |
所考虑纤维的 Z 坐标 |
|
iy |
关于 Y 轴的回转半径 |
|
iz |
关于 Z 轴的回转半径 |
|
Yws |
关于 Y 轴的抗剪面积 |
|
Zws |
关于 Z 轴的抗剪面积 |
毛截面的数据对应于横截面的名义性质。
净截面仅考虑面积，该面积通过从毛截面面积中扣除螺栓孔、铆钉孔 及其他削弱部分得到。（该面积通过命令的 AHOLES 参数输入 ~SECMDF).
10-F.5.2 构件级属性
按照 GB50017 进行验算时，采用下表所述的构件级属性集合，所有这些属性均以用户单位并按照 CivilFEM 坐标轴存储在数据库中。 （命令的参数 GAMMAy、GAMMAz、TSECy、TSECz、L、KY、KZ ~MEMBPRO ).
表 10-F.5‑2 构件级属性
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描述 |
数据 |
章节 |
|
输入数据： 1.- Y 轴塑性发展系数 0.0：未定义（默认） 2.- Z 轴塑性发展系数 0.0：未定义（默认） 3.- 根据 Y 轴确定的截面类型 0：未定义（默认） 1：a 型 2：b 型 3：c 型 4：d 型 4.- 根据 Z 轴确定的截面类型 0：未定义（默认） 1：a 型 2：b 型 3：c 型 4：d 型 5.- 构件无侧向支撑长度 6.- Y 轴屈曲系数 7.- Z 轴屈曲系数
|
GAMMAy
GAMMAz
TSECy
TSECz
L KY KZ |
5.2
5.2
表 5.1.2-1 和 表 5.1.2-2
表 5.1.2-1 和 表 5.1.2-2
5.1.2 5.1.2 5.1.2 |
10-F.5.3 截面类型分类
截面类型由在构件级属性中的 TSECY 和 TSECZ 属性内输入的值 确定（参见命令 ~MEMBPRO ）。如果未定义，则根据下表 10-F.5‑3 确定：
表 10-F.5‑3 截面类型分类 （对于板厚 t<40 mm）
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截面类型 |
Y |
Z |
|||
|
双 T 形
|
库截面 |
Si |
b |
a |
|
|
Si
|
b |
b |
|
||
|
按尺寸定义的 截面 |
b |
b |
|||
|
Canal |
按库或尺寸定义的 截面 |
b |
b |
|
|
|
Circular
|
按库定义 |
a |
a |
||
|
按尺寸定义 |
b |
b |
|||
|
L 形角钢 |
按库定义 |
b |
b |
||
|
矩形管 或箱形截面
|
按库或 尺寸定义（如果
|
c |
c |
|
|
|
单 T 形 截面
|
按库或 尺寸定义 |
b |
b |
|
|
表 10-F.5‑4 截面类型分类 （板厚 t>=40 mm）
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截面类型 |
Y |
Z |
||
|
双 T 形
|
库截面 |
Si
|
c |
b |
|
Si
|
d |
c |
||
|
按尺寸定义的截面 （默认） |
b |
b |
||
|
矩形管 或箱形截面
|
按库或 尺寸定义（如果
|
b |
b |
|
|
按库或 尺寸定义（如果
|
c |
c |
||
10-F.5.4 材料属性
按照 GB50017 进行验算时，使用以下 材料属性：
表 10-F.5‑5 材料属性
|
描述 |
属性 |
|
屈服强度 |
|
|
极限强度 |
|
|
剪切强度 |
|
|
弹性模量 |
E |
10-F.5.5 内力
单元端部的内力直接从所选 load step 和 substep 对应的 CivilFEM 结果文件（file .RCV）中获取。
表 10-F.5‑6 内力
|
Esfuerzo |
说明 |
|
|
设计轴力 |
|
|
按 Y 方向的设计剪力 |
|
|
按 Z 方向的设计剪力 |
|
|
截面设计扭矩 |
|
|
按 Y 方向的设计弯矩 |
|
|
按 Z 方向的设计弯矩 |
10-F.6 验算过程
验算过程的步骤如下：
a) 获取与单元对应的截面 数据。
b) 根据作用类型对截面进行 专项验算。
c) 获取 结果。CivilFEM 将单元每个端部的验算结果汇总到结果文件 .RCV 中的一个工况中， 用户可通过指定工况编号，使用命令 ~CFSET.
在不同验算类型对应的 章节中，说明了与每种作用类型 对应的可用数据。
10-F.6.1 受弯验算
在 CivilFEM 中，根据 GB50017 对受弯直线杆件进行验算时，对模型中选定的、或横截面类型为金属的实体截面的每个端部进行验算。验算步骤如下：
10-F.6.1.1 计算最大正应力
最大正应力根据截面在某些轴方向上承受弯矩时的 一般表达式计算，这些轴不一定是 主惯性轴：
其中：
|
|
绕 Y 轴的弯矩 |
|
|
绕 Z 轴的弯矩 |
|
|
绕 Y 轴的惯性矩 |
|
|
绕 Z 轴的惯性矩 |
|
|
相对于 YZ 的惯性积 |
L塑性发展系数 
根据相关构件级属性
获得 (参见
命令 ~MEMBPRO ). 如果未定义，则根据以下表 10-F.6.1 计算：
表 10-F.6.1 塑性发展系数
|
截面类型 |
|
|
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1.20 |
1.05 |
|
|
|
1.05 |
|
|
||
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|
1.15 |
1.15 |
|
|
1.05 |
1.05 |
|
|
1.20 |
|
|
|
||
|
其他情况 |
1.00 |
1.00 |
10-F.6.1.2 准则计算 GB50017
将得到的当量应力除以钢材的 计算强度 su 以得到一个数值 该数值将作为参数 CRT_TOT 存储在 CivilFEM 结果文件中。要使构件从规范 角度被视为有效，该数值应介于 0.0 和 1.0 之间 GB50017，即应满足当量应力 小于钢材的计算强度.
10-F.6.2 剪切验算
根据 规范 在 CivilFEM 中，按照 GB50017 对模型中选定的构件或实体截面进行剪切验算， 验算在每个端部进行，其横截面类型为 金属截面。
10-F.6.2.1 计算 最大剪应力
剪应力 最大剪应力 根据剪力、扭矩以及截面的力学性能，采用以下公式计算每个端部的 剪切和扭转载荷产生的剪应力 表达式：
其中：
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|
Y 方向的 剪力 |
|
|
Z 方向的 剪力 |
|
|
根据 Y 轴确定的 抗剪面积。 |
|
|
根据 Z 轴确定的 抗剪面积。 |
10-F.6.2.2 GB50017 准则计算
将得到的比较应力除以钢材的 计算强度 su 以得到一个数值 该数值将作为参数 CRT_TOT 存储在 CivilFEM 结果文件中。该数值 应介于 0.0 和 1.0 之间，只有这样该构件才可根据规范 判定为有效 GB50017，即必须满足比较应力 小于钢材的计算强度.
10-F.6.3 弯曲和剪切验算
CivilFEM 按照 GB50017 规范对受弯曲和剪切作用的直杆构件进行验算，验算在 模型中选定构件的每个端部，或在截面类型为金属的实体截面的每个端部进行。验算遵循 以下步骤：
10-F.6.3.1 最大正应力计算
最大正应力根据截面在不一定为主惯性轴的坐标轴方向上承受弯矩时的 一般表达式计算：
其中：
|
|
绕 Y 轴的弯矩 |
|
|
绕 Z 轴的弯矩 |
|
|
绕 Y 轴的 惯性矩 |
|
|
绕 Z 轴的 惯性矩 |
|
|
关于 YZ 的 惯性积 |
10-F.6.3.2 最大剪应力计算
剪应力 最大切向应力 根据各端部的剪切和扭转载荷、截面的力学性质，通过以下 公式计算：以下表达式：
其中：
|
|
Y 方向的剪力 |
|
|
Z 方向的剪力 |
|
|
按 Y 轴方向计算的 抗剪面积。 |
|
|
按 Z 轴方向计算的 抗剪面积。 |
10-F.6.3.3 计算最大比较应力
比较应力比较应力 s* 通过以下方式 计算 以下表达式:
每个端部的最大比较应力 存储为CivilFEM 结果文件中的参数SCEQV.
10-F.6.3.4 GB50017 准则计算
将得到的比较应力除以钢材的
组合计算强度
以
得到数值该数值作为参数 CRT_TOT 存储在 CivilFEM 结果文件中。要使构件从
规范角度被视为有效，该数值应介于 0.0 和 1.0 之间，
GB50017，即必须满足比较应力小于
钢材的计算强度.
其中，
为放大后强度的放大
系数。如果
y 
符号
不同时，取= 1.2 y si
no = 1.1
10-F.6.4 轴力验算
根据以下规范，对承受轴力的构件（不考虑 屈曲）进行验算：规范在 CivilFEM 中，GB50017 验算针对从模型中选定的构件或实体截面，在其每个端部进行， 其横截面类型为金属截面。
10-F.6.4.1 最大轴向应力计算
最大轴向应力根据以下一般表达式计算，该表达式适用于承受轴线位于 yz 平面内的弯矩的非对称截面：
其中：
|
|
轴力 |
|
|
截面净面积 |
|
|
高强螺栓数量 |
|
|
截面中的 螺栓数量 |
在 CivilFEM 中，系数
由 RTB 因子给出，可通过
命令~SECMDF.
10-F.6.4.2 GB50017 准则计算
将得到的比较应力除以钢材的计算 强度 f，以得到数值该数值作为参数 CRT_TOT 存储在 CivilFEM 结果文件中。要使构件从规范角度被视为有效，该数值应介于 0.0 和 1.0 之间，GB50017，即必须满足比较应力小于钢材的计算 强度.
10-F.6.5 压弯验算
根据标准CivilFEM 中按照 GB50017 对模型中选定的构件或实体截面进行检验，检验位置为每个构件端部；其横截面类型应为 金属截面。
10-F.6.5.1 最大比较应力计算
比较应力比较 s* 通过以下方式 计算：下式:
其中：
|
|
绕 Y 轴的弯矩 |
|
|
绕 Z 轴的弯矩 |
|
|
绕 Y 轴的 惯性矩 |
|
|
绕 Z 轴的 惯性矩 |
|
|
关于 YZ 的 惯性积 |
|
|
轴力 |
|
|
净截面 面积 |
L塑性系数 根据相关构件级属性
获得（参见命令 ~MEMBPRO ）。
如果未定义，则根据前述表 10-F.6.1 进行计算。
10-F.6.5.2 GB50017 准则计算
将所得比较应力除以钢材的 计算强度 f，得到一个数值 该数值作为参数 CRT_TOT 存储在 CivilFEM 结果文件中。要使构件从 标准角度被视为合格，该数值应介于 0.0 和 1.0 之间，即应满足标准 GB50017，也就是说，应满足比较应力小于钢材的计算强度.
10-F.6.6 受压屈曲检验
根据标准CivilFEM 中按照 GB50017 对模型中选定的构件或实体截面进行检验，检验位置为每个构件端部；其横截面类型应为 金属截面且构件承受压力。
10-F.6.6.1 最大比较应力计算
应力 比较 s* 通过 计算 以下表达式:
其中 
受压屈曲构件的稳定系数。
的计算 根据
长细比进行 
:
其中：
|
L |
构件的无 支撑长度 （参见命令 ~MEMBPRO) |
|
|
按 y 轴计算的 屈曲系数 （参见命令 ~MEMBPRO) |
|
|
按 z 轴计算的 屈曲系数 （参见命令 ~MEMBPRO) |
|
|
绕 Z 轴的 回转半径 |
|
|
绕 Z 轴的 回转半径 |
对于非对称截面，取与惯性主方向 相对应的轴作为坐标轴。
对于 的计算 
:
a) 对于 
取
b) 对于 的其他
值 
取：
选取系数 
以下
表中的
表 10-F.6.2 系数 
|
截面类型 |
|
|
|
|
|
a |
0.410 |
0.986 |
0.152 |
|
|
b |
0.650 |
0.965 |
0.300 |
|
|
c |
|
0.730 |
0.906 |
0.595 |
|
|
1.216 |
0.302 |
||
|
d |
|
1.350 |
0.868 |
0.915 |
|
|
1.375 |
0.432 |
||
截面类型根据第 10-F.5.3 节表格中的规定确定。
10-F.6.6.2 GB50017 准则计算
将得到的比较应力除以钢材的计算强度 f，以获得一个数值 该数值将作为参数 CRT_TOT 存储在 CivilFEM 结果文件中。要使构件从规范角度 被视为有效，该数值应介于 0.0 和 1.0 之间 GB50017，也就是说，必须满足比较应力小于钢材的计算强度.