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钢结构热点探析|翼缘和腹板宽厚比等级不一致,如何考虑截面塑性发展系数?

编者按

钢结构因其经济和技术的优越性、低碳减排、循环经济以及可工业化、产业化发展,而被广泛应用。《钢结构(中英文)》自创刊以来,即以推动钢结构领域学术水平的提升和发展,加快钢结构产业的进步和繁荣为目标,坚持以技术方针政策和技术发展趋向的指导性、推动科技工作发展的针对性、解决生产建设中重大技术问题的实用性和促进技术进步的创新性为宗旨,以引领钢结构科技发展的未来与方向。随着科学技术的飞速发展,信息资源开发利用的理念、技术和方法都发生了重大变化。为了充分利用互联网信息海量、方便、快捷的特点,更好地发挥学术期刊的权威性和技术优势, 从2020年第2期开始,由《钢结构(中英文)》编辑部土木吧微信公众号联手推出“钢结构热点探析”栏目, 就实际工作中遇到的有关钢结构的热点问题展开讨论,并给出简明建议, 以实现平面媒体与网络媒体的互动, 全方位、多途径、多层次地开发利用期刊、网络等重要资源, 为读者服务。也希望广大读者朋友踊跃参加讨论,积极投稿,将论坛办得有生气、有意义、有价值,为钢结构事业的蓬勃发展贡献力量。

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问题引入

GB 50017—2003《钢结构设计规范》(简称《旧钢规》)4.1.1条规定“…当梁受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比大于而不超过时,应取γx=1.0…”,也就是说只要受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度之比满足要求,就可以考虑截面塑性发展系数。但GB 50017—2017《钢结构设计标准》(简称《新钢标》)把腹板高度与厚度的比值及翼缘外伸宽度与厚度的比值都叫做宽厚比,而且在《新钢标》6.1.2条规定“…当截面板件宽厚比等级为S1、S2及S3时,截面塑性发展系数应按下列规定取值…”,《新钢标》没有像《旧钢规》那样明确“受压翼缘”,这就有了争论,按《新钢标》翼缘和腹板宽厚比等级不一致时,如何考虑截面塑性发展系数?

网友讨论

@呵呵赫赫

我认为还是双控合适。分析如下:

1)翼缘达到S3级及以上时,才能保证截面发展部分塑性而不发生局部屈曲。否则,无法发展塑性(即,翼缘达到S3级及以上时是考虑塑性发展系数的必要条件)。

2)如果翼缘为S3级及以上而腹板为S4或S5级,则受弯时腹板在刚好达到或还未达到边缘屈服时,就会发生局部屈曲,同样无法实现截面的塑性强化,当然也别提截面发展塑性了(塑性发展系数只能取1.0)。

所以《旧钢规》一直延续下来的做法显然是不妥的。同时,《新钢标》条文说明只提翼缘要求的说法也存在误导。实际上只有翼缘、腹板都满足要求,才能保证截面受弯时能发展部分塑性,才能考虑塑性发展系数。

3)《旧钢规》不论截面等级均按全截面有效的计算方式不妥,《新钢标》考虑截面等级按有效截面计算显然更为合理。

4)《新钢标》中,公式(8.4.2-9)、(8.4.2-10)取消了塑性发展系数。也就是说,即使翼缘为S1级,如果腹板为S5级,也不应该考虑塑性发展系数。这个概念和前述分析一致。

@Angribird

只按翼缘控制,当腹板太细长时,发生局部屈曲,这时强度就用屈曲后强度。

@匿名

《旧钢规》一直说的是单控,《新钢标》只是没强调单控,事实也没法双控,因为高厚比的限值很复杂,要考虑不同的应力状态,《新钢标》6.1.1条文说明:塑性发展系数的取值除工字型截面外,其他截面的塑性发展系数也明确了与受压板件宽厚比有关,该条文说明强调的是截面塑性发展系数按受压翼缘外伸宽厚比取值。另外,在受弯时,主要是翼缘承担弯矩,弯矩计算式中才有截面塑性发展系数。

@匿名

我认为还是双控,腹板薄如纸,是不可能带着厚的翼缘进入塑性阶段的,因为《新钢标》6.1.1条有个前提,关键词是“主平面内”,如果是平面外即Y方向的弯矩,可以只按翼缘,但《新钢标》6.1.1条有“主平面内”这个前提。

如果只有翼缘为S3级及以上,但腹板为S4或S5级,则受弯时腹板在刚好达到或还未达到边缘屈服时,就会发生局部屈曲,同样无法实现截面的塑性强化。

实际工程中腹板和翼缘宜匹配,即宜采用构件翼缘宽厚比和腹板高厚比等级一致,避免板件宽厚比等级出现过大差异。

@不惑之年

我同意这个观点:腹板和翼缘板厚度相差太大,当腹板薄如纸时,是不可能带着厚的翼缘进入塑性阶段的。

@何小中

按照规范的延续性的确应该是单控,由受压翼缘控制。

@ 轻清草青

以上讨论的都是强度问题,我感觉应该是局部稳定问题,翼缘为S3级,那么进入全塑性,局部屈曲后于全截面屈服。腹板不管是S3级还是S4级,只是给翼缘提供侧向支撑点,且始终存在。所以只要看翼缘即可。

@远林

因为《新钢标》的本意是先确定一个宽厚比等级,再去复核截面是否满足要求。所以我理解翼缘和腹板是同一个等级的,不会存在两者宽厚比等级不一致。而且,如果翼缘宽厚比等级比腹板高,翼缘出现塑性变形时,腹板可能早已屈曲了。

@海帝

个人认为:截面塑性发展系数,指的应该是当翼缘达到屈服时,翼缘塑性发展,应力不变,随着应变的增加,腹板的应力增大,承受的弯矩也变大了。这样看来,只要腹板达到了要求,就可考虑截面塑性发展系数。

@槛外人

实际工程中翼缘、腹板按一个等级既不合理也没必要,如果梁宽一定,梁高受限,为了增加抗弯能力,增加翼缘厚度效果最明显,这种情况下就很容易出现翼缘等级比腹板高,比如翼缘S2级,腹板S3级,这都可以考虑塑性发展系数,不必非得增加腹板厚度来满足等级统一。这既不经济,也没必要。

问题分析

截面的板件宽厚比等级,反映的是此构件全截面的综合性能,如果仅翼缘达到S3级及以上,但腹板只满足S4或S5级,则受弯时腹板在刚好达到或还未达到边缘屈服时,就会发生局部屈曲,无法实现截面的塑性强化,也就是说腹板是翼缘塑性发展的必要保证措施,所以,此时应取腹板的宽厚比等级作为截面的宽厚比等级,据此确定截面塑性发展系数。在此方面,《新钢标》对《旧钢规》有更正。

作者:

邹安宇(天津大学建筑设计规划研究总院有限公司)

刘卫国 (中国建筑第二工程局有限公司)

来源:

本文刊登于《钢结构(中英文)》2020年35卷第6期,65-66页。

本文来自网络,不代表钢构人的立场,转载请注明出处。搜索工程类文章,就用钢构人网站。 https://www.ganggouren.com/2021/12/cfbfaf1f00/

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作者: ganggouren

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