AISI 在 RFEM 6 中进行冷弯型钢设计

基础数据中的钢结构设计规范

RFEM 使用直接强度法 (DSM) 计算杆件的弹性屈曲荷载。 直接强度法提供了两种类型的解决方案，即数值（有限条带法）和解析（规范）。

局部屈曲和扭曲屈曲始终使用有限条带法 (FSM) 进行计算。 对于全局屈曲，用户可以在有效长度对话框（图 02）中选择按照附录 2.2 计算的数值方法（Finite Strip Method）或按照附录 2.3 的解析方法（章节 E2 和 F2.1） 。. 对于任意截面，推荐使用数值解[2]。

定义有效长度

示例

使用 AISI 手册 [3] 中的示例 III-9B 对 RFEM 模型的计算结果进行了比较。 对具有相同截面和相同荷载的两个杆件进行建模，以检查数值方法和解析法之间的差异。

AISI 示例

有效长度

6 ft 长的梁柱被连续支撑以抵抗横向和扭转运动，但可以绕局部 y 轴自由屈曲（弱轴弯曲）。 因此，您可以取消勾选绕 z 轴受弯屈曲、扭转屈曲和弯扭屈曲 (LTB) 选项（如图02所示）。 但是，在运行计算后，对于有限条带法，将出现警告消息 WA1001.00。

钢结构设计警告信息

FSM 受压全局屈曲验算始终基于所有可能的屈曲模式（受弯、受扭、受弯-扭转）。 RFEM 目前不支持为每种屈曲模式指定约束。 此外，最长有效长度 KL 用于所有屈曲模式，以确定弹性全局屈曲强度 P_cre 。

要停用特定的稳定性验算并考虑不同的有效长度，分析类型“Acc. 应选择“到章节 E2 和 F2.1”。

屈曲形状

FSM 特征图可以在截面下查看。 在下拉菜单中列出了 7 种屈曲形状，包括受压以及正负弱轴弯曲、强轴弯曲和扭转屈曲（图 05）。

屈曲形状 (FSM 图表)

在理想情况下，（总）特征曲线可以立即提供杆件的屈曲模式。 局部屈曲是特征曲线中的第一个最小值，扭曲屈曲是特征曲线中的第二个最小值，全局屈曲是特征曲线的最后一个下降分支，并且可以在全局屈曲有效长度 KL 处直接读取 [2].

在本例中，在第一种模态中只有第一个最小值（局部屈曲）是明显的。 屈曲截面形状表明在 6 ft 长处扭转屈曲是主要的屈曲模式。 这可以通过在图表中选择 6 ft 长度周围的一个点来查看（图 06）。 第二个最小值（扭曲屈曲）显示在第二个模式中（在 RFEM 中不可用）。

扭转屈曲 (FSM 图表)

抗压强度

有效抗压强度 P_a取以下 AISI 截面中的最小值：

• 截面 E2 - 屈服和整体屈曲
• 截面 E3 - 与屈服相互作用的局部屈曲和全局屈曲
• 截面 E4 – 扭曲屈曲

抗压强度设计验算

确定有效抗压强度 P_a所需的临界弹性屈曲屈曲荷载 (P_crl, P_crd, P_cr ) 如下所示。

P_crl (局部)

在全局屈曲设计验算 EE2701.00（FSM）和 EE2101.00（分析验算）下显示了柱局部屈曲弹性临界荷载 P_crl 。 P_crl = 231 kips 取自有限元有限元曲线（如图05所示）。 如前所述，局部屈曲总是使用有限元分析法计算。 该值与 AISI 示例中显示的值一致。

临界局部屈曲荷载 Pcrl

P_crd (失真)

两种方法的临界弹性扭曲屈曲荷载 P_{crd 见}设计验算 EE2801.00。 P_crd等于 231 kips 取自 FSM 图中。 如果总曲线上第二个最小值不明显，则使用畸变曲线沿水平轴确定合适的长度。 然后将位置投影到总曲线上，以获得临界荷载系数（图 09）。

在 0.32 ft 长度处的 231 kips 是畸变图中最后一个相关的最小值。 超出该长度的屈曲形状被归类为全局屈曲。 RFEM 应用一个“几何系数”来将屈曲形状描述为全局的或扭曲的。 该值接近 AISI 手册中列出的 235 kips。

临界扭曲屈曲荷载, Pcrd

P_cr (全局)

全局（弯、扭、弯-扭）弹性屈曲荷载 P_cre见设计验算 EE2701.00 (FSM)。 在设计验算 EE2101.00（解析）下，P_cre可以简单地通过将应力乘以面积 F_cre x A_g计算得出（图 10）。

临界全局屈曲荷载, Pcre

抗弯强度

有效抗弯强度 M_a取以下 AISI 截面中的最小值：

• F2 屈服和全局（横向-扭转）屈曲
• F3 局部屈曲-与屈服和全局屈曲相互作用
• F4 扭曲屈曲

抗弯强度设计验算

M_crl (局部)

两种方法的临界弹性局部屈曲弯矩 M_crl都显示在设计验算 FF3501.00 下。 M_crl等于 277 kip-in 接近 AISI 示例中显示的 264 kip-in。

M_crd （失真）

从扭曲曲线可以看出，临界扭曲屈曲弯矩非常高，不太可能是控制模态。 在 AISI 的示例中，确定该截面不受扭曲屈曲影响，“查看有限条分析生成的特征曲线和相应的振型，可以看出该截面不受扭曲屈曲的影响”[3].

临界扭曲屈曲弯矩 Mcrd

M_cre (Global)

由于杆件是完全支撑，因此可以避免全局（弯扭）屈曲，即屈服控制。 两种方法的有效抗弯强度 Ma 等于 68 kip-in 相同，并且与 AISI 的示例一致。

小结

示例结果摘要

概述总结

局部屈曲和扭曲屈曲始终使用有限条带法 (FSM) 进行计算。 对于全局屈曲，可以使用数值方法（Finite Strip Method）和解析方法（规范）。
如果总曲线上第二个最小值不明显，则使用畸变曲线沿水平轴确定合适的长度。 然后将位置投影到总曲线上，以获得临界荷载系数（图 09）。 此外，当两种模态都存在时，RFEM 应用“几何系数”将屈曲形状表征为全局屈曲或扭曲屈曲。

在上面的示例中，可用抗压强度 P_a等于 23.4 kips 是保守但不准确的，因为它实际上是基于扭转屈曲（而不是绕 y 轴弯曲屈曲）。 当不是所有的屈曲模式都适用时，程序会显示一条警告消息（如图 04 所示），建议使用解析法。

一个好的做法是检查截面的特征曲线及其相应的屈曲模式，以验证结果的有效性。 一般情况下，建议使用有限条带法，并将结果与 E 章和 F 章中的解析解进行比较。

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