按照欧洲规范 3 设计变截面单跨梁

技术文章

本文阐述了在附加模块 RF‑/STEEL EC3 中按照规范 EN 1993‑1‑1 对受弯和受压的单跨梁进行设计。由于梁是变截面的,纵截面呈梯形,该结构不能按照通用的等截面梁来进行计算,必须按照规范 EN 1993‑1‑1 中 6.3.4 或者按照二阶理论进行设计。

,+这里对两种选择进行解释和比较,在按照二阶理论进行计算时,还使用了通过部分内力方法 (PIFM) 的附加设计格式,所以设计分为三个步骤:

  1. 设计按照规范 EN 1993‑1‑1 中的第 6.3.4 章(一般方法)
  2. 设计按照二阶理论分析,弹性(翘曲弯扭分析)
  3. 设计按照二阶理论分析,塑性(翘曲弯扭分析和部分内力方法)

结构和荷载

S235 的焊接工字钢尺寸如下单位([mm]):

高  500 / 300
宽  200
腹板厚度  14
翼缘厚度  14
焊缝厚度 4

图 01 - System and Loading

设计按照规范 EN 1993‑1‑1 中第 6.3.4 章一般方法

在模块 RF‑/STEEL EC3 中把梁设置为多杆件进行设计,因为在模块 RF‑/STEEL EC3 中默认设置按照一般方法对多杆件进行设计,不需要其它设置。在窗口“1.7 节点支座”和相应的局部视图中,可以很容易的检查多杆件的边界条件。在这里也可以检查局部坐标系的方向,局部视图下点击相应的按钮可以激活局部坐标系。在节点支座的边界条件中很清楚,根据一般方法设计用自由度表明框架平面是否失效的特征。在本例中节点支座被定义为铰支座,预设的支座符合该支座类型,可以直接开始计算。

图 02 - Entering Nodal Supports

按照一般方法的设计满足要求,设计结果是 0.97,临界屈曲值 αcr,op 是 1.647。

图 03 - Result Table

在单独的部分视窗中可以查看失效振型,通过点击位于最大设计比右侧的按钮 [振型]。

图 04 - Mode Shape

图 05 - Graphical Display of Results

按照二阶理论使用 RF-/STEEL Warping Torsion 设计

为了比较按照一般方法和按照二阶理论分析的结果,复制设计案例点击“文件” →“复制案例”。现在调整新的设计案例按照二阶理论进行设计,这时要考虑翘曲,作为等效应力设计,可以在“详细信息”→ “弯扭翘曲”中选择。

该设计方法仅适用于设计多杆件,与第一种设计情况相同,必须检查和调整节点支座,正如在节点支座输入表中看见的,模块扩展 RF‑/STEEL Warping Torsion 不仅考虑四个自由度,还考虑其中的七个。在本示例中,重要的是在多杆件端部 X 方向设置自由支座,否则轴力不能施加到各部件上。

图 06 - Entering Nodal Supports

以下设计中,不仅要输入节点支座,而且还要确定缺陷,在规范 EN 1993‑1‑1 的附录中有明确阐述。对于我们的示例在表格 NA.2 中有相应的说明:e0 / 1 = 1 / 300 适应于焊接工字钢且 h/b > 2。当长细比的范围在 0.7 到 1.3 之间,该值必须加倍。相关长细比在第一种设计案例中由 λcr,op 设置,在该例中预设值为 1/300 ,最后进行设计。

图 07 - Definition of Imperfection

设计满足要求,结果是 0.90,临界屈曲值是 1.651。

图 08 - Result Table

图 09 - Graphical Display of Results

按照二阶理论使用 RF‑/STEEL Warping Torsion 和 RF-/STEEL Plasticity 设计

为了实现更高效的设计可以使用模块 RF‑/STEEL EC3 的扩展 RF‑/STEEL Plasticity,允许分析内力根据二阶理论的弯扭屈曲分析和部分内力方法按照 Kindmann 多杆件稳定性分析或者一般截面的单纯形法。

在复制第二种设计案例后,在“详细信息”→ “塑性”中激活塑性设计。通过复制第二种设计案例已经正确使用正确的节点支座,但是有必要检查和调整缺陷,表格 NA.2 中列出焊接截面的塑性设计时,当截面的 h/b > 2 时缺陷取值 1/200。

图 10 - Definition of Imperfection

现在进行设计,并且结果满足。

图 11 - Result Table

图 12 - Graphical Display of Results

总结

对于变截面结构构件,在 RF‑/STEEL EC3 中可以用两种设计方法,除了按照规范 EN 1993‑1‑1 中第 6.3.4 章中集成的一般方法,还可以在模块扩展 RF‑/STEEL Warping Torsion 中按照二阶理论考虑弯扭屈曲进行计算,弯扭屈曲分析也适应其它截面和荷载情况。

为了实现更高效的设计,除了弯扭屈曲分析,还可以根据部分内力方法 (PIFM) 或者根据单纯形法在模块扩展 RF‑/STEEL Plasticity 中进行塑性设计。

参考

[1]  DIN EN 1993‑1‑1:2010‑12 with NA:2015‑08

更多信息

联系我们

联系 Dlubal

如果您有任何关于我们产品的问题或者建议,请联系我们的技术支持或者搜索我们的问题和解答 (FAQs)。

+49 9673 9203 0

(可要求接中文热线)

info@dlubal.com

RFEM 主程序 RFEM
RFEM 5.xx

主程序

结构设计与有限元­分析软件(FEA)可以用于建立平面与空间结构模型,适用于由杆件、面、板、墙、折板、膜、壳、实体以及接触单元等的建模与分析计算。

首个许可价格
3,540.00 USD
RSTAB 主程序
RSTAB 8.xx

主程序

空间结构设计与分析软件,主要用于框架、梁与桁架等空间结构的建模与计算。可以输出内力、变形与制作反力的线性与非线性的计算结果。

首个许可价格
2,550.00 USD
RFEM 钢结构和铝合金结构
RF-STEEL EC3 5.xx

附加模块

按照 Eurocode 3 的钢结构杆件设计

首个许可价格
1,480.00 USD
RSTAB 钢结构和铝合金结构
STEEL EC3 8.xx

附加模块

按照 Eurocode 3 的钢结构杆件设计

首个许可价格
1,480.00 USD