单轴受轴力弯曲构件的截面分类

截面等级

欧洲规范 3 [1]定义了四种截面等级：

Querschnittsklassen

截面分类提供以下参数和边界条件：

• 截面板件的支座（一侧或两侧）
• 截面部分的长度c
• 截面板厚度 t
• 钢材的屈服强度，以系数 ε 的形式
• 验算的截面板件上的应力分布
  

具有最不利值的截面部分的等级适用于整个截面。 对于工字钢和工字钢截面，这通常是相对细长的腹板。

应力分布

应力分布通过参数 α（塑性，第 1 和 2 级）或 psi（弹性，第 3 级）来确定。 在这里，α 代表截面上压应力的长度百分比，而 psi 代表边界应力的比值。

Alpha和Psi软件说明

重要提示：

• 计算当前应力时始终向上或向下直至屈服强度。
• 压应力设为正，拉应力设为负。

在双轴对称截面上单轴受弯时，α 和 psi 的确定非常简单。 额外的轴向力需要进一步考虑。 有趣的是，法向力适用于什么程度。 有两种方法，在 RF-/STEEL EC3 中都实现了。

α和Psi的确定方法

首先，在 RF‑/STEEL EC3 中预设了第二个选项“均匀增加 N_Ed和 M_Ed ”。 在弹性应力分布的情况下，截面部分的现有应力根据屈服应力/最大压应力的比值增加。 psi 参数是由压应力和拉应力的关系得出的。 如果应力分布是塑性的，那么弯矩和轴力就会一直增加，直到达到 [1] 中指定的相互作用条件之一，从而达到塑性极限状态。 请参见第 13 页[2]中的说明。

RF-/STEEL EC3 使用公式 6.2 的相互作用条件，因为它易于追踪并且适用于所有类型的截面。 下图显示了 IPE 360, S 235 的示例，其内力和塑性承载力如下：
M_y,Ed = 125,0 kNm N_Ed = 300,0 kN
M_y,Rd = 239,5 kNm N_Rd = 1.709,0 kN

相互作用曲线

外推现有应力，得出以下极限内力：
M_N,y,Rd = 179,2 kNm N_My,Rd = 430,1 kN

在极限轴力的基础上，可以确定应力块的大小，并将其应用于截面二等分轴的区域。 通过考虑弯矩的剩余应力块，现在可以确定截面上的压应力的长度以及参数 α。

计算alpha

第一个选项“固定 N_Ed ，增加 M_Ed直至达到 f_yd ”，在塑性应力分布上可以很容易地解释。 轴力不是外推的，而是应用于作用尺寸的。 因此，使用该选项时，压缩面积和 Alpha 值通常会更小。

关于如何确定单个截面等级的 c/t 极限值，本文不再赘述。 相关信息请参见 [1] 中的表 5.2。

参考

[1]
欧洲规范 3： 钢结构设计 - 部分 1-1： 总则和建筑物规范； EN 1993-1-1: 2005 + AC: 2009
[2]
半补偿+： Berechnungsrichtlinie für die Querschnitts- und Stabbemessung nach Eurocode 3 mit Schwerpunkt auf semi-kompakten Querschnitten. 格拉茨： 格拉茨工业大学 - Institut für Stahlbau, 2011 年 7 月