5826x
001727
2021-12-17

在 RFEM 6 中确定有效长度

按照 EN 1993-1-1、AISC 360、CSA S16 等国际规范进行等效杆件验算时,都需要考虑杆件的设计长度(即杆件的有效长度)。 在 RFEM 6 中可以手动确定有效长度,方法是指定节点支座和有效长度系数,或者从稳定性分析中导入。 本文将通过确定图 1 中框架柱的有效长度来演示这两种方案。

RFEM 6 中的有效长度

为了在钢结构设计结果中包含稳定性设计验算,在进行设计之前为杆件分配有效长度非常重要。 在 RFEM 6 中,有效长度不仅仅是一个杆件的局部设置。 因此,在程序中定义的每个有效长度都可以同时分配给多个杆件或杆件集。

假设在模型的基础数据中激活了钢结构设计模块,则可以通过导航器的数据选项卡定义新的有效长度(图1)。 或者,可以通过杆件窗口的设计类型选项卡定义有效长度(图2)。

无论采用何种方法确定有效长度,对于绕长轴和短轴的受弯屈曲,以及受扭屈曲和弯扭屈曲,都可以考虑有效长度(图3)。

1. 通过节点支座和有效长度系数定义有效长度

首先,我们将根据杆件的支座条件,在考虑节点支座和有效长度系数的基础上,演示如何定义有效长度(图4)。

在给定柱 1 的支座条件下,只在该杆件的始端和末端定义节点支座,其支座类型为 z/v 和 y/u 两个主方向上的固定支座,以及扭转(绕 x 轴约束)。 由于没有将杆件分成不同长度的段的中间支座,因此应该手动计算有效长度系数,并将整个杆件长度作为一个单独的段进行调整。

在本例中,柱连接到作为框架的水平梁,因此在主轴 y 上的预期屈曲长度近似为 3.5,而面外屈曲的有效长度系数为 1。

2. 从稳定性分析导入有效长度

但是,RFEM 6 提供了另一个选项来定义杆件的有效长度: 通过直接从稳定性分析导入。 为此需要激活模块“结构稳定性”(图5)。

在这种方法中,需要进行稳定性分析,以获得相应的振型和相应的杆件有效长度。 之后,可以将有效长度分配给感兴趣的杆件,并在进行钢结构设计时加以考虑。

在 RFEM 6 中,稳定性分析是根据单独的荷载工况和组合进行的,如图 6 所示。 在本例中,考虑荷载组合编号 2(自重和雪荷载)的稳定性分析。

稳定性分析设置可以在如图 7 所示的窗口中轻松定义。 例如调整稳定性分析的类型(特征值法、增量法加特征值分析、增量法不分析特征值)、最小特征值的个数以及考虑受拉有利影响的可能性。首选(Lanczos,特征多项式的根,子空间迭代或 ICG 迭代)。

类似地,当使用增量法时,应定义递增荷载的参数。

计算运行后,结果将以图形方式显示在稳定性分析结果表中。 柱在框架平面内屈曲的屈曲长度是计算相应荷载情况的正确长度。 在本例中,代表全局 X 方向屈曲的特征形式是振型编号 8(图 8)。

现在可以从稳定性分析中导入有效长度。 当在有效长度窗口(图 9)中选择该选项时,可以在相关选项卡中定义荷载工况/组合、特征模态以及导入有效长度的杆件。 由于有效长度将分配给柱1,因此它们分别为荷载组合编号2、模式编号8和杆件编号1(图10)。

在 RFEM 6 中,还可以以图形方式显示分配的长度,如图 11 所示。

通过定义有效长度设置,可以在屈曲长度和弯扭屈曲属性设置之间进行平衡。 通过支座验算,单元被划分为多个段,以便进行屈曲过程。 同时,支座验算还用于描述以特征值计算的临界弯矩 (Mcr ) 的边界条件。

钢结构稳定性验算

一旦将有效长度分配给感兴趣的杆件,就可以计算钢结构设计。 如图 12 所示,稳定性验算在结果表格中显示。 屈曲长度包含在设计检查详细信息中(图 13)。 正如预期的那样,稳定性验算是根据通过稳定性分析计算的有效长度进行的。

最后说明

在 RFEM 6 中进行等效杆件设计的有效长度可以手动确定,也可以从稳定性分析中导入。 在第一种方法中,有效长度是通过分配节点支座并根据杆件的支座条件手动调整有效长度系数来确定的。

在第二种方法中,有效长度是稳定性分析的输出,因此在设计时可以直接分配给杆件。 这种方法的优点是可以自动计算有效长度系数和有效长度本身。 对于某些支座条件来说,这非常方便,否则需要进行大量的手动计算。

但是,在从稳定性分析中导入有效长度时,重要的是要根据屈曲模式和相应的荷载情况考虑正确的有效长度。


作者

Kirove 女士的职责是撰写技术文章并为 Dlubal 软件的客户提供技术支持。