RFEM 6 中按照 ADM 2020 的受弯杆件局部屈曲

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由细长单元组成的铝合金杆件截面在杆件达到全部强度之前可能会出现翼缘或腹板的局部屈曲失效。 在铝合金设计模块中,有三种选项可用于确定按照 2020 年铝合金设计手册[1]

  • F.3.1 Weighted Average Method

这是 ADM 示例中最常见的方法,也是 RFEM 6 中的默认选项。 加权平均法结合使用 ADM 2020 [1] 的公式 F.3-1 分别确定的每个单元的强度。

  • F.3.2 直接强度法

在该方法中,通过直接考虑单元相互作用的分析来确定整个截面的局部屈曲强度。 该方法是三种方法中最准确和最全面的。

  • F.3.3 极限单元法

该方法根据所有单元中最低的局部屈曲强度来限制杆件的抗弯强度。 由于没有考虑单元之间的相互作用,这种方法往往不太精确,但也比较保守。

F.3 中使用的所有三种确定局部屈曲强度的方法都可以参考 B.5.4 和 B.5.5。 这些部分包括确定均匀受压构件和弯曲受压构件的强度。 除了宽厚比b/t外,局部屈曲强度还取决于单元的一侧或两侧。

三种不同方法的RFEM结果比较

将 ADM 的示例 3 中的铝梁的局部屈曲强度与使用前面介绍的三种不同方法的 RFEM 结果进行比较。

16 ft 长的梁采用 AW 5 x 3.70 截面和 6061-T6 (B221) 材料。 梁在中间 4.0 米处有连续的侧向支座和垂直支座。 其均布自重为 4.50 k/ft(图2)。

截面属性如图 3 所示。

在确定杆件的名义抗弯强度时需要使用翼缘和腹板上的局部屈曲应力。

翼缘局部屈曲应力

翼缘(在一个边缘支撑的平面单元)处于均匀受压状态。 其局部屈曲应力按照 B.5.4.1 计算。

长细比 b/t 等于 [(3.5 in -0.19 in - 2*0.30 in)/2]/0.32 in = 4.234

长细比系数 λ1 = 6.7 可以使用 B.5.4.1 中列出的公式找到,也可以直接取自第 VI 部分中的表 2-19。

由于 b/t = 4.234 小于 λ1 = 6.7,所以以屈服极限状态为准。 因此,均匀压应力 Fc = Fcy = 35.0 ksi(表 A.4.1 和表 A.4.3)。

腹板局部屈曲应力

腹板(在两个边缘支撑的平面单元)处于弯曲受压状态。 其局部屈曲应力按照 B.5.5.1 计算。

长细比 b/t 等于 [(5.0 in -2*0.32 in -2*0.3 in)]/0.19 in = 19.789

长细比系数 λ1 = 33.1 可以使用 B.5.5.1 中列出的公式找到,也可以直接取自第 VI 部分的表 2-19。

由于 b/t = 19.789 小于 λ1 = 33.1,因此以屈服极限状态为准。 弯曲压应力 Fb = 1.5*Fcy = 1.5*35.0 ksi = 52.5 ksi(表 A.4.1 和表 A.4.3)。

在 RFEM 6 的设计验算详细信息中提供了每种方法中使用的公式和参考信息。 每种方法的输出结果都很容易验证。

  • 名义抗弯强度,Mnlb按照 F.3.1 加权平均法
  • 名义抗弯强度,Mnlb按照 F.3.2 直接强度法
  • 名义抗弯强度,Mnlb按照 F.3.3 极限单元法

这就是示例 3 [1] 中使用的方法。 利用率的可忽略差异来自用于确定所需最大弯矩的梁公式。

概述总结

在本例中,加权平均法和直接强度法的设计利用率几乎相同(0.657和0.662)。 正如预期的那样,极限单元法是最保守的,并且具有最高的设计利用率(0.749)。

作者

Cisca Tjoa, PE

Cisca Tjoa, PE

技术支持工程师

Cisca 负责北美市场的客户技术支持和程序的持续开发。

关键词

局部屈曲 受弯杆件 铝合金结构设计

参考文献

[1]   Aluminum Design Manual 2020

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  • 更新 2022年07月20日

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