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2020-03-13

EN 1993-1-3 局部荷载导入的设计验算

冷弯薄壁钢构件的设计在欧洲规范 EN 1993-1-3 中作了规定。典型的冷弯薄壁截面形式有槽钢、内卷边槽钢、Z 型钢、帽型钢或 Sigma 截面。它们通过辊轧成型或折弯工艺由薄壁钢板制成。在进行承载力极限状态设计验算时,还必须确保局部荷载的引入不会导致 #截面腹板@# 出现压溃、#腹板压屈@# 或局部屈曲。这些效应既可能由通过 #翼缘@# 传入 #腹板@# 的局部荷载引起,也可能由在支承点处的支座反力引起。EN 1993-1-3 第 6.1.7 节详细规定了如何确定 #腹板@# 在局部荷载作用下的承载力 Rw,Rd

在模块 RF-/STEEL EC3 中,可以通过扩展模块 RF-/STEEL 冷弯型材,对非加劲腹板按照 [1] 6.1.7 进行局部荷载导入分析(该模块扩展需要单独的许可证)。本文以一根由冷弯 C 型截面制成并承受集中荷载的受弯梁为例,介绍了相应的设计验算。

系统与荷载

一根两米长的梁由 S 235 钢材制成的冷弯型材 C 2020 组成。该梁在距离支座 50 cm 处承受一个 10 kN 的集中荷载。荷载作用在剪切中心。自重未予考虑。

从库中选择截面时,必须注意 C 型截面的截面形状属于“冷弯 C 型截面”类别。该条件可以通过过滤功能进行设置。模块扩展 RF-/STEEL 冷弯型材专为冷弯型材的设计验算而设计:热轧 C 型或 U 型截面将不会按照 [1] 进行设计。

在 RF-/STEEL 冷弯型材中输入数据

在附加模块 RF-/STEEL EC3 中,需要在对话框“详细信息”的选项卡“冷弯型材”中设置按照 EN 1993-1-3 [1] 进行设计的预设值。

控制字段“如有可能,按照 6.1.7 进行局部荷载导入验算”控制程序是否检查腹板中的局部破坏模式。如果激活此选项,则可以在对话框“1.14 局部荷载导入”中定义边界条件,例如刚性荷载导入的长度。

默认情况下会考虑横向荷载。为了验算由局部荷载导入引起的腹板应力,使用杆件中的剪力分布。程序会检查剪力的所有不连续位置。“刚性荷载导入的公称长度”预设为 0.10 m。

RF-/STEEL EC3 中的结果

有效截面的计算最多分两步进行迭代。之后,在设计验算中输出由局部荷载导入引起的利用率。每个验算的详细信息都可以作为“中间值”查看。

局部荷载导入的验算根据剪力分布在两个支座处以及荷载作用位置处进行。在 x = 0.00 m 位置,利用率最大。该位置的设计验算如下:

这里涉及的是一个仅有一个腹板的截面上的支座反力。板厚为 t = 2.0 mm 的 C 型截面因其卷边而具有加劲翼缘。支座到自由端的距离为 0.00 m,因此小于腹板高度 hw = 198 mm 的 1.5 倍。因此,[1] 公式 (6.15a) 对于确定腹板承载力 Rw,Rd 起决定性作用。

应设置的参数为:

由此得出的腹板承载力如下:

按照 [1] 公式 (6.13) 的验算条件得到满足:

对于其余两个设计位置,验算方法类似。

补充选择:手动定义力

如果剪力分布不能真实反映导入的荷载,则可以手动定义荷载作用位置和荷载大小以及刚性荷载导入的公称长度。这在所附的 RFEM 模型中的设计状况 2 中作为示例进行了实现。

对于手动定义的力,不会自动比较支座处的剪力效应。这些位置必须分别使用各个支座反力来定义。此时如图 05 所示,必须激活控制字段“自由端”。只有这样,距离 c ≤ 1.5 hw 才会被考虑,并且 [1] 公式 (6.15a) 才会用于验算。否则,[1] 公式 (6.15d) 将适用。

总结

使用适用于 RF-/STEEL EC3 的模块扩展 RF-/STEEL 冷弯型材,可以进行包括按照 [1] 第 6.1.7 节的局部荷载导入验算。设计相关位置会根据剪力分布自动确定。或者,也可以手动预设力。使用 RF-/STEEL 冷弯型材进行局部荷载导入验算时,对于具有一个非加劲腹板的截面,按照 [1] 6.1.7.2 进行;对于具有两个或多个非加劲腹板的截面,按照 [1] 6.1.7.3 进行。具有纵向加劲肋的腹板截面不能按照 [1] 6.1.7.4 进行设计。


作者

Robert 负责技术文档。他确保内容结构清晰、表述易懂并且专业准确地传达。

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参考
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