GB50017—2017《钢结构设计标准》(简称17钢标)已于2018年7月1日正式实施。对比前一版的GB50017—2003《钢结构设计规范》,17钢标在内容上进行了大量的修订和增补,特别是增加了诸如钢结构设计直接分析法和钢结构抗震性能化设计等新内容。为使大家在应用17钢标进行设计时能够正确理解条文和条文说明,钢结构公众号(id:steel_construction)在2019年特设专栏刊登《钢结构》编委、17钢标主编王立军大师的系列讲座“17钢标疑难浅析”。
有别于通常对标准的讲解材料和专题报告,本系列讲座的问题直接来源于17钢标的条文及条文说明,通过构想作者与读者共同学习17钢标的场景,发掘出读者在应用17钢标进行设计时即使反复研习了条文和条文说明仍有理不清的那个问题,从标准编制者的角度为读者理清问题的概念、逻辑和关联,打通从标准条文、条文说明到设计应用之间的最后一道屏障。
该系列讲座将每月推送一期,每期刊登三个问题,从第二期开始,我们将刊登读者对前期问题的讨论及作者对讨论的回复,同时也将在钢结构期刊上刊出(本期内容见2019年11月的《钢结构》期刊),欢迎大家关注和留言,就当期内容热情讨论,我们会整理汇总给作者。留言方式见文末。
31轮压作用下的局部应力( 第 6. 1. 4 条)
第 6. 1. 4 条给出了在轮压作用下吊车梁腹板上 边缘局部压应力的计算方法。
式中: tw为梁腹板厚度; lz为集中荷载在腹板边缘的分布长度。
或
式中: IR为轨道绕自身形心轴的惯性矩; If为梁上翼缘绕翼缘中面的惯性矩; hR为轨道高度; hy为梁顶面至腹板计算高度上边缘的距离。
其余参数含义见 GB 50017—2017《钢结构设计标准》。
式( 2a) 为利用半无限空间的弹性地基梁模型得到的分布长度的近似解析解,由前苏联科学家在20 世纪40 年代中期提出。此式表明,分布长度与IR和If成正比,与tw成反比,这个趋势是合理的。最新的分析表明,弹性地基梁的变形集中在荷载作用点附近很短的一段,应考虑轨道梁的剪切变形,因此改用半无限空间上的Timoshenko 梁模型更为合理,这时这个系数为2. 83。因此,此时的3. 25 系数,相当于考虑了塑性发展系数1. 148。
式( 2b) 为分布长度的简化计算公式,直接考虑了轮压在轨道和梁上翼缘应力的扩散。式( 2b) 中分布长度随hy和hR增加而增加的规律是正确的,但该式未考虑梁腹板厚度tw对分布长度的影响。tw的影响规律是随其厚度减小分布长度增加,而tw是随梁翼缘厚度增加而增加的,此时会部分抵消hy增加对分布长度的增加。因此式( 2b) 与式( 2a) 反映的规律性并不完全一致。
32 轴压杆的临界应力理论
欧拉( Euler) 于1744 年最早进行了压杆弹性屈曲的研究并于1759 年推导出著名的欧拉公式如下:
欧拉公式作为压杆在弹性范围内屈曲的临界力计算式,很好地解释了长柱的稳定问题。但对于柱子长细比较小的情况,如中长柱和短柱,因为会发生屈服先于屈曲的情况,欧拉公式不再适用。
恩格塞尔于1889 年提出切线模量理论,适用于非弹性区,此时以应力形式表示的临界应力公式如下:
其中 τ = Et /E
式中: Et为切线模量。
33 17 钢标轴压杆临界力计算
式( 3) 、式( 4) 为理想直杆在轴心压力下的屈曲应力计算式。实际的钢压杆存在着几何缺陷和物理缺陷。几何缺陷包括杆件的初挠曲、荷载的初偏心,物理缺陷包括残余应力。采用式( 3) 、式( 4) ,弹性阶段采用欧拉公式、弹塑性阶段采用切线模量理论求出临界应力,初弯曲、初偏心、残余应力通过安全系数考虑。我国74 钢规用的就是这种形式。
切线模量理论考虑的应力-应变曲线的非弹性段相当于考虑了板件的残余应力,而由板件组成截面形成的残余应力是无法考虑的。由于后一种残余应力的存在及其复杂性,用单一的安全系数不能真正反映残余应力对临界力的影响。比如,同一截面,对于不同的主轴,残余应力对其临界力的影响是不同的。
因此,从88 钢规开始,按照Perry 公式,以边缘纤维屈服准则构建轴压杆的临界应力计算公式,以等效缺陷来综合考虑几何缺陷和物理缺陷。最后得到GB 50017—2017 用来表示轴压杆弯曲屈曲的4条柱子曲线,见GB 50017—2017 式( 7. 2. 1) 。
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来源:王立军. GB 50017-2017《钢结构设计标准》疑难浅析(11)[J]. 钢结构,2019,34(11):113.
DOI:10.13206/j.gjg201911021
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该篇文章刊载于《钢结构》2019年第11期,如需购买请点击以下链接: