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09年一级结构工程师专业辅导-轻钢结构或构件的塑性设计

www.zige365.com 2009-9-15 11:11:31 点击:发送给好友 和学友门交流一下 收藏到我的会员中心
轻钢结构允许采用塑性设计,但仅适用于不直接承受动力荷载的固端梁、连续梁以及由实腹构件组成的单层和2层框架结构。采用塑性设计的结构或构件,按承载能力极限状态设计时,应采用荷载的设计值,考虑构件截面内塑性的发展及由此引起的内力重分布,用考虑P-△效应的塑性铰理论或简单的塑性铰理论进行内力分析。按塑性设计时,钢材和连接的强度设计值应按规程的有关条款规定的数值乘以折减系数0.9。塑性设计截面板件的宽厚比也应符合有关规定。

门式框架上“工”字形截面构件的腹板允许考虑屈曲后程度,下面我们试通过单向受压四边简支扳回曲后的中面应力分布情况来说明为什么板屈曲后仍能继续承载,且承载力还能显著提高。板屈曲后只要板的四边保持直线,则载荷边的压应力分布为非无均匀分布,两边应力较高,中间应力较低;非载荷边产生垂直于边线的应力,其中部为拉应力。由于拉应力的作用限制了板屈曲变形的发展,提高了板的刚度,因而板屈曲后仍能继续承载。卡门最先提出了有效宽度的概念,即将板件受压边马鞍形应力分布图用二块等效的应力图形代替L等效应力图形的应力水平为fyc于是有

  Pu=fybet

  Pu=∫σ(x) dx

  式中:Pu为板的极限承载力;fy为钢材的屈服强度;be为有效截面宽度;t为板件的厚度。

  当Pu通过理论分析和实验确定后,就可用有效宽度来表达受压板件屈曲后极限强度,并进而采用有效截面来考虑板件局部屈曲的影响。利用板面屈曲后的强度进行结构设计最早见于飞机结构中,因为飞机结构设计是在保证一定可靠度的前提下以减轻结构重量为目标。在普通房屋建筑钢结构设计中一般不允许板件产生局部失稳。而冷弯薄壁型钢,其特点之一就是壁薄,壁厚不大于6mm,以极少的材料加工成为宽展的截面,以提高构件的截面刚度和整体稳定承载力,为此,不得不突破钢结构设计规范(GBJ17-88)中对板件宽厚比限值的规定,允许板件产生局部失稳,进而利用屈曲后强度的提高。

  轻钢结构门式刚架是主要的承重结构,一般是采用实腹型 变截面的柱和梁组成。门式刚架的形成可以单坡、双坡和多坡,多跨建筑的中间柱多采用较接的摇摆柱。门式刚架工字截面钢构件中腹板以受剪为主,抗弯作用不如翼缘有效,增大腹板的高度,可使翼缘抗弯能力发挥得更为充分。但是,在增大腹板高度的同时,如果厚度增之过大,则腹板耗钢量太多,也是不经济的。因此,先进的设计方法是采用高而薄的腹板,而是还有相当可观的屈曲后强度可以利用。在主要为均布荷载起控制作用的结构中,在允冲击、疲劳、振动等荷载的条件下,可充分利用结构受力板件的屈曲有效截面来分析压弯杆件腹板的稳定性,从而使其腹极高厚比限值可以大幅度提高。根据天津大学所作的试验证明,当荷载超过理论计算的屈曲临界载限多时腹板才呈现凸曲变形,且凸曲变形都不大,故适当利用屈曲后强度是可行的

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