返回知识库

16770x

001673

Sonja von Bloh，硕士

2021-01-19

按照欧洲规范 EN 1999-1-1 进行截面分类

截面分类的目的是为了确定截面在板件发生局部屈曲时的承载能力和转动能力。在 EN 1999-1-1 的 6.1.4.2 (1) 中定义了四类截面。

1 类截面是指可以形成塑性铰的截面，并且在不折减承载力的情况下，该截面具有进行塑性分析所需的转动能力。
二级截面是指可以发展塑性抗弯承载力的截面，但由于局部屈曲的承载力有限。
3 类截面是这样的截面，在极限受压纤维处的计算应力可以达到其弹性极限强度，但是局部屈曲很容易阻碍完全塑性抗弯承载力的发展。
4 类截面是指在截面的一个或多个位置上，在达到屈曲应力之前就已经发生局部屈曲的截面。

基本截面类型-部分

截面的分类取决于截面受压部分的宽厚比 b/t。薄壁板件根据欧洲规范 EN 1999-1-1]中章节 6.1.4.2 (6) 的规定，可分为以下基本类型。

平伸出部分
内件平面
弯曲的内部构件

这些部分可以不加劲肋，也可以通过纵向加劲肋、加劲肋或凸缘来加固（图 1）。

1 截面部分的基本类型

长细比参数

参数 β 定义了平板未加劲肋局部屈曲的敏感性。根据 EN 1999-1-1 中的 6.1.4.3 (1)，其值为下列数值：

内部平坦无应力梯度或外部平坦无应力梯度或峰值压力
- β= b/t | EN 1999-1-1, (6.1)
应力梯度导致中性轴在中心的内部板件
- β = 0,40·b/t | EN 1999-1-1, (6.2)
有应力梯度的内部构件，在根部有峰值受压构件
- β = η·b/t | EN 1999-1-1, (6.3)

值:

B	截面板件宽度
t	截面厚度
η	应力梯度系数⁽¹⁾
ψ	板边缘考虑的应力与最大压应力⁽²⁾的比值

⁽¹⁾应力梯度系数由下式计算：
η = 0,70 + 0,30 · ψ (1 ≥ ψ ≥ -1) | EN 1999-1-1, (6.4)
η = 0.80/(1 - ψ) 当 ψ < -1 | EN 1999-1-1, (6.5)
⁽²⁾通常中性轴应为弹性中性轴，但在验算截面为等级 1 或 2 时，也允许使用塑性中性轴。

平面加劲截面件的长细比参数在 EN 1999-1-1 的 6.1.4.3 (3) 中给出。

EN 1999-1-1, 6.1.4.3 (4) 包含了双面约束，平弯曲，未加劲，内部截面部分的长细比参数。 EN 1999-1-1, 6.1.4.3 (5) 规定了薄壁圆管截面的长细比参数。

截面部分分类

将计算得出的长细比参数 β 与按照 EN 1999-1-1 中表 6.2 确定的极限值 β₁到 β₃进行比较。

ε = ²(250/f_o )
f_o单位 N/mm²

按照表 3.2 的材料分类	内部板件			突出部分
	β₁/ε	β₂/ε	β₃/ε	β₁/ε	β₂/ε	β₃/ε
A 级，无焊缝	11	16	22	3	4.5	6
A 级，有焊缝	9	13	18	2.5	4	5
B 级，无焊缝	13	16,5	18	3.5	4.5	5
B 级，有焊缝	10	13,5	15	3	3.5	4

根据分类，杆件可以分为受压杆件和受压杆件。在 EN 1999-1-1 的 6.1.4.4 (1) 中定义了以下限值。

受弯梁截面部分

β ≤ β₁ → 等级 1
β₁ < β ≤ β₂ → 等级 2
β₂ < β ≤ β₃ → 等级 3
β₃ < β → 等级 4

受压杆件中的截面部分

β ≤ β₂ → 1 类或 2 类
β₂ < β ≤ β₃ → 等级 3
β₃ < β → 等级 4

每个完全或部分受压的截面部分都必须分配给一个截面分类。具有最不利截面类别的截面的类别将决定整个截面的类别。具有弯矩和纵向力的截面分类必须按照 EN 1999-1-1 中 6.3.3 中的 6.3.3 对每个荷载部分单独进行。对于组合应力状态不需要进行分类。

示例

图 02 中的 I 形截面可以进行纯受弯和纯压传递。

2 截面尺寸mm

结构示意图和荷载如图03所示。

3 结构模型与荷载

材料和尺寸

EN-AW 6082（EP、ET、ER/B）T4 | EN 1999-1-1, 表 3.2b
f_o = 110 N/mm²
f_u = 205 N/mm²
屈曲等级 B
ε = 𝑘(250/f_o ) = 𝑘(250/110) = 1,508 | EN 1999-1-1, 表 6.2
b_w = h - 2 ∙ (t_f + r) = 220 - 2 ∙ (8 + 12) = 180 mm
b_f = 0.5 ∙ (b - t_w- 2 ∙ r) = 0.5 ∙ (100 - 6 - 2 ∙ 12) = 35 mm

截面等级 - 纯弯矩

截面腹板(内部, 无焊缝, 屈曲等级 B)

β_w = 0.4 ∙ b_w/t_w = 0.4 ∙ 180/6 = 12 EN 1999-1-1, (6.2)
β₁ = 13 ∙ ε = 13 ∙ 1.508 = 19.6 | EN 1999-1-1, 表 6.2
β_w = 12 < β₁ = 19,6

腹板归入截面等级1。

翼缘(悬臂, 无焊缝, 屈曲等级 B)

β_f = b_f/t_f = 35/8 = 4,38 | EN 1999-1-1, (6.1)
β₁ = 3.5 ∙ ε = 3.5 ∙ 1.508 = 5.28 | EN 1999-1-1, 表 6.2
β_f = 4.38 < β₁ = 5.28

腹板归类为1截面。

为纯受弯构件的截面，应全部归入截面等级 1。

截面等级 - 压力截面

截面腹板(内部, 无焊缝, 屈曲等级 B)

β_w = b_w/t_w = 180/6 = 30 | EN 1999-1-1, (6.1)
β₃ = 18 ∙ ε = 18 ∙ 1.508 = 27.14 | EN 1999-1-1, 表 6.2
β_w = 30 > β₃ = 27,14

腹板归入第 4 类截面。

翼缘(悬臂, 无焊缝, 屈曲等级 B)

β_f = b_f/t_f = 35/8 = 4,38 | EN 1999-1-1, (6.1)
β₂ = 4.5 ∙ ε = 4.5 ∙ 1.508 = 6.79 | EN 1999-1-1, 表 6.2
β_f = 4,38 < β₂ = 6,79

翼缘应归入 1 或 2 截面。

对纯受压构件，应考虑整个截面的截面作为第 4 类截面。

RF-/Aluminum

RF-/ALUMINUM 会计算受压构件截面的宽厚比，并自动进行分类。截面类别也可以在“1.3 截面”的“截面分类”列表中单独定义截面类别（图 04）。没有包含在标准规范中的截面在 RF-/ALUMINUM 中被归类为“一般”，并且只被归类到截面等级 3 或 4 中。

4 窗口1.3截面

RF-/ALUMINUM 只考虑按照欧洲规范 EN 1999-1-1 中图 6.1 (a) 不加劲肋的截面以及按照欧洲规范 EN 1999-1-1 中 6.1.4.3 节 6.1.4.3 (5) 的薄壁钢管。对于略微弯曲、未加劲肋的内部截面，按照 EN 1999-1-1 中 6.1.4.3 (4) 的规定，在采用简化解析法计算时可以考虑使用这种类型的截面。不考虑按照 EN 1999-1-1 中 6.1.4.3 (3) 的加劲肋的影响。

在 RF-/ALUMINUM 中对具有弯曲和纵向力的构件的截面分类按照 EN 1999-1-1 中 6.3.3 节进行。并且可以对组合的应力状态进行分类。为此，请在“详细信息”对话框的“承载能力极限状态”选项卡中取消激活“按照 6.3.3 注释 1和注释 2 对荷载分量进行分类”（图 05）。