SHAPE-THIN截面极限状态的分类和设计

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根据欧洲规范3(欧洲规范3)设计钢结构截面时,重要的是将截面分配给四个截面属性中的一个。 塑性设计通过1级和2级计算,3级和4级允许使用弹性设计。 除了截面的抗力外,还要对结构构件的足够稳定性进行分析。

本文中的示例讨论了带有SHAPE-THIN的一般截面的分类和截面设计。 为了与RF- / STEEL AISC-OPC附加模块进行比较,这里显示的“一般”截面是一个双对称的截面。 由于压缩和双轴弯曲会产生荷载。 截面设计考虑了受压缩截面的最大c / t比。 这里的一个特点是通过压缩区系数α应力分布。

根据EN 1993-1-1中有效截面属性的确定

计算默认设置的结果如图02中电压图所示。 在腹板相对细长的情况下,在给定的荷载作用下,截面属于截面分类3。

腹板清晰可见中性轴。 虽然相应的c / t截面的较大区域没有压应力,但整个腹板被认为是受压应力: 在结果表5.2中为c / t Part No.定义了以下内容 压缩分析系数α= 1“是在安全侧”。 这个假设是合理的,因为欧洲规范中提到的压应力截面的c / t极限值仅适用于某些截面形状。 因此,根据[1]表5.2,第2类结果的下限长度为:

$\frac{\mathrm c}{\mathrm t}\;\leq\;\frac{456\;\cdot\;1.00}{13\;\cdot\;1.00\;-\;1}\;=\;38.00$

由于给定的c / t比为56.00,截面属于3级。 由于可以进行局部屈曲,因此只能进行弹性分析。

SHAPE-THIN提供了另一种方法,可以在确定压缩区系数时考虑实际的应力分布。 为此,必须按照“计算参数”对话框中的单纯形法激活计算,选项卡“c / t-Parts和Effective Section”。

在单纯形法中,截面由面上粒子离散化,屈服条件近似为线性优化任务[2]

压缩分析系数α= 0.594。 由于相应的极限长度被设定,该值导致截面被分类为1级:

$\frac{\mathrm c}{\mathrm t}\;\leq\;\frac{396\;\cdot\;1.00}{13\;\cdot\;0.594\;-\;1}\;=\;58.91$

截面类别1允许更经济的设计,因为可以利用塑性截面储备。

按照单纯形法设计塑性阻力

如上所述,SHAPE-THIN可以对塑性截面的承载力进行DIN环境独立分析。 单纯形法不仅可以用于确定压缩区系数α。 对于任意形状的截面的塑性分析,它也是一个很好的选择。 [ J ]。第8章第8章详细介绍了利用面粒子迭代确定塑性极限状态数据。

对于单纯形计算选项,必须为常规数据选择“塑性设计”。

在一个迭代过程中,SHAPEvel确定单纯形状粒子连续塑化时产生的应力。 在计算之后,可以在截面图中查看带有塑性应力的单形单元。

表4.9显示放大系数 αplast = 1.85。 这意味着给定的内力星座乘以系数1.85,达到完全塑性状态。 “未使用储量”取决于尚未达到屈服点的单纯形单元的比例。 它们在应力图中显示为黄色,绿色和绿色。

作比较: 截面的弹性比为88%。

与RF- / STEEL EC3比较

在模块RFEM或RSTAB中创建一个杆件模型,并使用相应的内力作用。 然后,RFEM / STEEL EC3附加模块分析以下设计案例(每个案例都没有稳定性分析):

  • 工况 1: 设计了SHAPE-THIN截面的尺寸。 由于横截面程序截面类型通常被认为是“一般”,因此“在安全的一面”(见上文),结果是在截面类别3中的分类。弹性设计的截面设计比为88并且确认SHAPE-THIN结果为%。 RF- / STEEL EC3中的任何截面形状都不能进行塑性设计,同时考虑屈服区。
  • 工况 2: 设计的等效截面为等效的IS截面。 该设计给出了截面分类1中的分类,长度为59.72。 根据[1] Eq。进行设计。 (6.41) 考虑到塑性弯矩承载力,设计效率为42%。 根据单纯形法(放大系数αplast = 1.85),该值较小。 根据欧洲规范的近似公式,塑性弯矩应变阻力不考虑相对较小的轴向力。 因此结果不安全。
  • 情况3: 附加模块RF- / STEEL Plasticity根据部分内部阶梯收缩法确定SHAPE-THIN截面的利用率为59%。 在按照单纯形法的设计中,与SHAPE-THIN一样,比率利用率为54%(1 / 1.85 = 0.54)。

小结

截面程序SHAPE-THIN决定了截面几何形状的应力梯度,并分析了截面分类的c / t比。 如果在ac / t截面上有一个不同符号的电压分布,则安全侧的压缩区系数假定为1.00,整个截面部分被视为受压应力。 这是程序中的默认设置,因为在欧洲规范中指定的c / t比值的极限值仅适用于某些截面形状,而不一定适用于通常用SHAPE-THIN映射的一般几何。

为了考虑分类的实际应力分布,可以用单纯形法确定压杆区系数。 在大多数情况下,经受压缩的截面零件的最大c / t比与欧洲规范中提及的前提条件不一致。 因此,建议按照单纯形法对塑性极限状态进行标准无关的计算。 如果放大系数 αstest大于1,则截面中存在塑性储量。

SHAPE-THIN根据自己的指示确定截面的阻力。 结构构件的稳定性分析必须单独进行,例如RFEM / RSTAB附加模块RF- / STEEL EC3。 使用附加模块RF- / STEEL Warping Torsion,您还可以考虑翘曲的影响。

关键词

分类, 塑性, 截面分类, 受压缩的截面零件, 压缩区系数, 单纯形法, C / t比, 韧性, 压杆, 弯管

参考

[1]   Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1‑1: General rules and rules for buildings; EN 1993‑1‑1:2010‑12
[2]   Manual SHAPE-THIN. Tiefenbach: Dlubal Software, January 2012.
[3]   Kindmann, R.; Frickel, J.: Elastische und plastische Querschnittstragfähigkeit. Berlin: Ernst & Sohn, 2002

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