翘曲扭转分析按照AISC设计指南9

提示和技巧

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根据AISC设计指南9设计一个扭转荷载梁,验算实例。 使用附加模块RF-STEEL AISC和RF-STEEL Warping Torsion模块7自由度进行设计。

下面的设计实例对应于AISC设计实例V15.0中的H.6 [1]

模型数据

在这个例子中,由ASTM A992制造的跨度为15 m的梁W10x49由在中心的偏心单个荷载加载。 荷载作用时的偏心距为6 in。 荷载的偏心由扭矩承担。

荷载工况1(自重)

图片 01 - 荷载工况1

荷载工况2实时(可变荷载)

图片 02 - 荷载工况2

为LRFD和ASD分别创建一个荷载组合。

荷载组合1: 1.20 LC1 + 1.60 LC2

图片 03 - 荷载组合1根据LRFD

荷载组合2: 1.0 LC1 + 1.0 LC2

图片 04 - 荷载组合2根据ASD

由于RF-STEEL Warping Torsion的设计适用于一组杆件,因此需要创建一组杆件。

使用RF-Steel钢翘曲扭转设计RF-STEEL AISC

在设计案例1中按照LRFD 2016进行设计。 选择荷载组合1进行设计,选择杆件组合。 在“详细内容”→“翘曲扭转”下激活翘曲扭转分析。 可以选择不同的荷载输入和分析方法。

根据线性静力学分析手动线性计算,荷载应用在顶部法兰进行计算。 在表格“1.8 Nodal Supports”中可以确认随后的表格。 在这里定义节点支座。 它们与杆件铰一起形成边界条件,确定临界荷载系数。 在局部视图中以图形方式检查节点支座。 在设计中要考虑梁的两个横向和扭转约束。

图片 05 - 进入Nodal支座

之后可以进行计算。

结果评估和比较

在计算之后,显示临界荷载系数和单个应力。 确定的模态形状可以在一个单独的窗口中打开,通过图形显示可以控制边界条件。

图片 06 - 部分视图中的模态形状图形

如果计算横向扭转屈曲,屈曲应力F n会自动减小。 在设计实例中横向扭转屈曲不起决定作用,材料A992的屈服强度为F y 50 ksi。

与验算实例的对比表明,RF-STEEL AISC翘曲扭转的相同设计点被认为是有效的,因此在表格中显示。

在按照LRFD进行设计时计算应力点1的法向应力28.531 ksi,在验算例的手动计算中以28.0 ksi计算。

图片 07 - 根据LRFD计算管理点的正应力

在该支座上的剪切应力计算导致的总剪应力为11.282 ksi,与手工计算的11.4 ksi相比较。

图片 08 - 根据LRFD计算中的剪力应力分析

按照之前的步骤按照ASD进行设计。 根据ASD设计的最大法向应力在应变点1中以27.293 ksi计算。 手动计算与26.9 ksi相符合。 板上腹板的最大剪应力按照规范在RF-STEEL Warping Torsion中计算,取值为7.522 ksi,手动计算显示为7.56 ksi。

结论

该验证示例可以进行验算。 根据AISC的设计指南9 [2]计算根据具有七个自由度的翘曲扭转分析计算具有翘曲扭转风险的结构构件的成本效益。

关键词

AISC, 翘曲扭转

参考

[1]   AISC: Design Examples - Companion to the AISC Steel Construction Manual - Version 15.0. Chicago: AISC, 2017
[2]   Seaburg, P. A.; Carter, C. J.: Design Guide 9: Torsional Analysis of Structural Steel Members. Chicago: AISC, 1997
[3]   ANSI/AISC 360-16, Specification for Structural Steel Buildings

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