一級結(jié)構(gòu)師專業(yè)輔導(dǎo):輕鋼結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的塑性設(shè)計

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輕鋼結(jié)構(gòu)允許采用塑性設(shè)計,但僅適用于不直接承受動力荷載的固端梁、連續(xù)梁以及由實腹構(gòu)件組成的單層和2層框架結(jié)構(gòu)。采用塑性設(shè)計的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件,按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時,應(yīng)采用荷載的設(shè)計值,考慮構(gòu)件截面內(nèi)塑性的發(fā)展及由此引起的內(nèi)力重分布,用考慮P-△效應(yīng)的塑性鉸理論或簡單的塑性鉸理論進行內(nèi)力分析。按塑性設(shè)計時,鋼材和連接的強度設(shè)計值應(yīng)按規(guī)程的有關(guān)條款規(guī)定的數(shù)值乘以折減系數(shù)0.9。塑性設(shè)計截面板件的寬厚比也應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。
    門式框架上“工”字形截面構(gòu)件的腹板允許考慮屈曲后程度,下面我們試通過單向受壓四邊簡支扳回曲后的中面應(yīng)力分布情況來說明為什么板屈曲后仍能繼續(xù)承載,且承載力還能顯著提高。板屈曲后只要板的四邊保持直線,則載荷邊的壓應(yīng)力分布為非無均勻分布,兩邊應(yīng)力較高,中間應(yīng)力較低;非載荷邊產(chǎn)生垂直于邊線的應(yīng)力,其中部為拉應(yīng)力。由于拉應(yīng)力的作用限制了板屈曲變形的發(fā)展,提高了板的剛度,因而板屈曲后仍能繼續(xù)承載。卡門最先提出了有效寬度的概念,即將板件受壓邊馬鞍形應(yīng)力分布圖用二塊等效的應(yīng)力圖形代替L等效應(yīng)力圖形的應(yīng)力水平為fyc于是有
    Pu=fybet
    Pu=∫σ(x) dx
    式中:Pu為板的極限承載力;fy為鋼材的屈服強度;be為有效截面寬度;t為板件的厚度。
    當(dāng)Pu通過理論分析和實驗確定后,就可用有效寬度來表達受壓板件屈曲后極限強度,并進而采用有效截面來考慮板件局部屈曲的影響。利用板面屈曲后的強度進行結(jié)構(gòu)設(shè)計最早見于飛機結(jié)構(gòu)中,因為飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計是在保證一定可靠度的前提下以減輕結(jié)構(gòu)重量為目標(biāo)。在普通房屋建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中一般不允許板件產(chǎn)生局部失穩(wěn)。而冷彎薄壁型鋼,其特點之一就是壁薄,壁厚不大于6mm,以極少的材料加工成為寬展的截面,以提高構(gòu)件的截面剛度和整體穩(wěn)定承載力,為此,不得不突破鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GBJ17-88)中對板件寬厚比限值的規(guī)定,允許板件產(chǎn)生局部失穩(wěn),進而利用屈曲后強度的提高。
    輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架是主要的承重結(jié)構(gòu),一般是采用實腹型 變截面的柱和梁組成。門式剛架的形成可以單坡、雙坡和多坡,多跨建筑的中間柱多采用較接的搖擺柱。門式剛架工字截面鋼構(gòu)件中腹板以受剪為主,抗彎作用不如翼緣有效,增大腹板的高度,可使翼緣抗彎能力發(fā)揮得更為充分。但是,在增大腹板高度的同時,如果厚度增之過大,則腹板耗鋼量太多,也是不經(jīng)濟的。因此,先進的設(shè)計方法是采用高而薄的腹板,而是還有相當(dāng)可觀的屈曲后強度可以利用。在主要為均布荷載起控制作用的結(jié)構(gòu)中,在允沖擊、疲勞、振動等荷載的條件下,可充分利用結(jié)構(gòu)受力板件的屈曲有效截面來分析壓彎桿件腹板的穩(wěn)定性,從而使其腹極高厚比限值可以大幅度提高。根據(jù)天津大學(xué)所作的試驗證明,當(dāng)荷載超過理論計算的屈曲臨界載限多時腹板才呈現(xiàn)凸曲變形,且凸曲變形都不大,故適當(dāng)利用屈曲后強度是可行的