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2026-09-21

RSTAB 9 / RFEM 6 - 钢结构变截面杆件建模方法

存在多种不同的变截面建模方法。本文将展示并讨论这些变量。

用途

变截面杆件是指截面高度变化的杆件。在钢结构中,变截面主要应用于框架结构的框架角部,即弯矩分布急剧增大的位置。与弯矩分布相匹配的截面变化可实现经济的设计。

关于变截面建模的一般方法,请参阅以下常见问题解答:

下面以 RFEM 6 为例展示各种变体形式的建模。下图显示了各变体的概览。

变体 1:分布类型“杆件始端变截面”

梁杆件通过分布类型“杆件始端变截面”定义。杆件始端采用 IPE 450,杆件末端采用 IPE 240。标准截面取自截面数据库。RFEM 对两个截面进行插值。其特殊之处在于,变截面不仅在高度方向,而且在梁的宽度方向上从 B1 = 190 mm 插值到 B2 = 120 mm。 在钢结构实践中需要特别注意,腹板厚度 tw 和翼缘厚度 tf 也会被插值。这在实际中是无法实现的。 在程序中首先选择分布类型“杆件始端变截面”进行输入。截面在杆件始端(点 i)和杆件末端(点 j)定义。在该变体中无法在内部点 k 处输入。在此分布类型下,程序会在内部点 k(即变截面到平行翼缘截面的过渡处)自动生成一个类型为“在杆件上”的节点。

变体 2.1:分布类型“杆件始端变截面并偏移”

梁杆件通过分布类型“杆件始端变截面并偏移”定义。其余输入与变体 1 相同。 程序输入:截面在杆件始端(点 i)和杆件末端(点 j)定义。在该变体中可以在内部点 k 处输入,但此处未用于单独输入。因此从静力学角度来看,变体 2.1 与变体 1 相同。

变体 2.2:分布类型“杆件始端变截面并偏移”

梁杆件通过分布类型“杆件始端变截面并偏移”定义。与变体 2.1 的不同之处在于,变截面的截面不是取自截面数据库的轧制截面,而是定义为制造类型为“焊接”的“参数化 - 薄壁”截面。其尺寸与上述变体中使用的 IPE 450 和 IPE 240 相同,但没有轧制圆角半径。变截面以外的截面在杆件末端 j 处定义为轧制截面 IPE 240。由于在变截面末端 k 处存在截面变化,此处需要进行相应的输入。

变体 3:分布类型“线性”

变截面杆件(分布类型“线性”)与平行翼缘截面的杆件(分布类型“均匀”)分别输入。为了进行设计,将这两个杆件合并为一个杆件集。因此从静力学角度来看,变体 3 与变体 1 相同。

变体 4.1:分布类型“线性”,由 RSECTION 1 创建的组合截面

变截面杆件(分布类型“线性”)与平行翼缘截面的杆件(分布类型“均匀”)分别输入。为了进行设计,将这两个杆件合并为一个杆件集。变截面杆件的截面在 RSECTION 1 中创建。截面类型是由一个 IPE 240 和 IPE 450 的高度可变剩余部分组合而成的截面。变截面的最大总高度设定为 450 mm,最小高度约为 280 mm。截面定义将在下面的变体 4.2 中说明。 与上述变体的不同之处在于,该变截面在宽度和板厚方向均不变。IPE 240 的下翼缘沿变截面全长贯通。 需要注意的是,在变截面末端处高度不能减小到 240 mm(此处为节点编号 13)。原因是程序要求在杆件的始端和末端处截面的压力点数量必须一致。

变体 4.2:分布类型“线性”,由 RFEM 6 创建的组合截面

变体 4.2 与变体 4.1 相同。唯一区别是截面的创建位置,此处是在 RFEM 6 中创建。下面显示变截面杆件的大截面(截面编号 7)。截面编号 8 以类似方式创建,其高度 hT 减小到最小值 40.6 mm。

变体 5.1:分布类型“线性”,焊接截面,截面来自 RFEM 6

变体 5.1 与变体 4.2 相同。区别在于截面的选择。变截面杆件的两个截面均定义为截面类型“参数化 - 薄壁”、制造类型“焊接”。小截面(编号 5)的尺寸相当于一个 IPE 240,大截面(编号 6)同样参照 IPE 240 建模,但截面高度为 450 mm。 该变体的优点是变截面在宽度和板厚方向均不变。此外,与变体 4.1 和 4.2 不同,变截面末端处的高度可以减小到 240 mm。但该变截面的承载力低于变体 4.1 和 4.2,因为截去的部分(实际上相当于 IPE 450)采用了 IPE 240 较薄、较窄的板件。

变体 5.2:分布类型“线性”,焊接截面,截面来自 RFEM 6

变体 5.2 与变体 5.1 相同。在平行翼缘区域插入了一个附加节点编号 23。其左侧的 IPE 240 作为焊接截面,右侧的 IPE 240 作为轧制截面。这样,带轧制圆角半径与不带轧制圆角半径的截面之间的过渡就从变截面的过渡区移到了平行翼缘区域。

总结与评估

本文展示了多种变体,其中一些不适合钢结构实际应用,另一些则低估了实际承载力。 从静力学角度来看,变体 2.1 的建模方式与变体 4.2 的截面选择方式相结合似乎是有利的。该组合在变体 6 中展示。但在变截面与平行翼缘截面之间的过渡区,截面高度的突变仍然不可避免。

还有一个不利之处:截去的部分在选择截面时是轧制截面。在实际中,人们通常会用板件来制造变截面。 为了弥补这一缺点,只能通过 RSECTION 1 来定义截面。在这里可以将截去的截面建模为由板件组成,同时将板厚按照供货标准调整,并将宽度调整为整数值。这在变体 7 中展示。以下是大截面编号 9 的图片:

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作者

Marco 负责客户支持中的软件技术咨询。他能够可靠地深入了解新主题,并制定结构化的解决方案。



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