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2016-12-21

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:

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。

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。

首先,在 RF‑/STEEL EC3 中预设了第二个选项“均匀增加 NEd和 MEd ”。 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:
My,Ed = 125,0 kNm NEd = 300,0 kN
My,Rd = 239,5 kNm NRd = 1.709,0 kN

外推现有应力,得出以下极限内力:
MN,y,Rd = 179,2 kNm NMy,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。

第一个选项“固定 NEd ,增加 MEd直至达到 fyd ”,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。

使用的文献材料

[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


作者

Metzkes 先生负责钢结构领域的研发工作,并为我们的客户提供技术支持。

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