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2023-05-30

钢框架梁下翼缘尺寸稳定性验算(按GB规范)

如果上翼缘有一块混凝土板,那么它将作为一个侧向支座(组合结构)并防止出现扭转屈曲稳定性问题。 如果弯矩为负,则表示下翼缘受压,上翼缘受拉。 如果由于腹板的刚度而导致侧向支撑不足,那么在这种情况下下翼缘和腹板切割线之间的夹角是可变的,从而可能导致下翼缘的尺寸失稳。

概况

在钢结构规范 GB 50017 中,[1] 在第 6.2.7 章中介绍了框架梁下翼缘畸变屈曲的计算方法。 与以前的规范不同,本规范添加了设计验算。

本章介绍了有框架梁负弯矩截面的稳定性计算。 它为检查梁下翼缘的稳定性提供了依据。

如果在上翼缘处设置混凝土板,其作用类似于侧向支座(组合结构),从而避免了扭转屈曲稳定性问题。 如果弯矩分布为负,则下翼缘受压,上翼缘受拉。

上翼缘受到支承,下翼缘受压,会产生侧向位移。 如果腹板提供的侧向支座还不够充分,那么下翼缘和腹板交线之间的夹角是可变的,因此下翼缘有可能发生畸变屈曲。

验算方法

畸变屈曲

如果钢框架梁不考虑上部混凝土板的变形约束,则杆件为自由变形和扭曲。 这意味着发生受弯杆件的总不稳定性(弯扭屈曲,钢规范,第 6.2.1 节)。
因为钢梁和混凝土板作为两个独立的结构构件存在,所以变形的兼容性在这种情况下不适用。

当钢结构框架梁侧向由混凝土板支承时,通常不需要进行稳定性分析。 根据 GB 50017 中 6.2.1 节,如果混凝土板固定连接在梁受压翼缘上,那么梁的侧向位移's 受压翼缘被屏蔽。

在 RFEM 中有多种方法可以对杆件和楼板(例如肋梁和面模型杆件)的组合效应进行建模。 但是,不同于上文关于框架梁的说明,它们是混凝土楼板整体的结构构件。 关于该主题的更多详细信息,请参见知识库中的相应文章和在线手册。

上图显示了框梁上翼缘有支承的情况的有限元计算结果。 因此,下翼缘绕上翼缘的中心转动。 因此根据 [1] 节 6.2.7 对下翼缘的稳定性进行验算。

按照 EC 3 的设计验算

按照欧洲规范 EC 3 [2] 中章节 6.3.2.4、6.3.5.2 和 BB.2 与国标中的钢结构设计方法不同。

具有侧向支撑受压翼缘的构件,在满足特定条件的情况下,可认为不易发生弯扭屈曲。 在设计框架梁畸变屈曲设计时,如下图所示,首先检查下翼缘的转动刚度,以及扭转约束。

下翼缘畸变屈曲设计按照 GB 50017

如果大梁在支座附近区域为负弯矩,并且上翼缘设置混凝土板,则根据第 6.2.7 节,梁下翼缘的稳定性计算必须满足以下要求 [1]:

  1. 如果 λn,b ≤ 0.45,则下部翼缘不需要验算。
  2. 如果不满足条件 (1),下翼缘的稳定计算公式如下:

值:

  • b1 — 受压翼缘宽度 (mm)
  • t1 — 受压翼缘厚度 (mm)
  • W1x —弯矩作用平面内绕最长受压纤维的毛截面模量 (mm³)
  • ψd 是稳定系数
  • λn,b ——正则化长细比极限比值
  • σcr —畸变屈曲的临界应力 (N/mm²)
  • l——侧向支承点间距(mm)

在 RFEM 中相应功能可以在承载能力极限状态设计配置中激活。

侧向支座点可以在有效长度下方指定。

  1. 添加中间节点后,程序自动计算框架梁负弯矩区域的侧向支座长度。 其他设计长度保持不变。 程序会自动考虑支承的侧向间距。
  2. 荷载组合和设计状况的说明保持不变。
  3. 如果未超过长细比限值,则设计结果表明不计算特处梁下翼缘的稳定性。 否则将进行详细的畸变屈曲分析,以确定是否需要更多的侧向支撑点。
  4. 侧向支撑的受压翼缘还需满足抗震规范 GB 50011 第 8.3.3 章的要求。

概述总结

本文中介绍了下翼缘畸变屈曲的计算方法。 程序会检查侧向支座的扭转约束条件是否满足,是否还需要进行进一步的设计检查,排除畸变屈曲问题。 设计细节简单易懂。


作者

丁先生负责产品开发、提供中文客户支持和技术翻译。

链接
参考
  1. Design of steel structures
  2. EC 3.(2009)。欧洲规范 3: 欧洲规范 3:钢结构设计 – 第 1-1 部分: 一般规范和建筑规范. (2010)。柏林:Beuth Verlag GmbH
  3. GB 50017 钢结构设计手册


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