貨架立柱一般為冷彎薄壁開口構(gòu)件,沿著長度方向還可能有系列開孔,受壓與受彎的承載計(jì)算均需要考慮局部屈曲、畸變屈曲及整體屈曲的耦合作用,并且需要考慮孔洞的影響。
對于開孔的立柱,目前歐洲貨架設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)EN15512規(guī)定通過短柱軸壓測試來確定孔洞與局部屈曲的影響,通過中柱軸壓測試來確定畸變屈曲的影響,通過兩種測試得到的有效截面用于整體屈曲承載計(jì)算來考慮耦合的影響。對于受彎也需要進(jìn)行測試來確定抗彎承載力。即使是沒有開孔的立柱,如果不進(jìn)行測試,也需要進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算來確定有效截面。
有效截面的含義,通俗地理解就是,構(gòu)件的截面很薄(寬厚比大),受壓后在鋼材達(dá)到屈服前就鼓起來了,鼓起來的部分截面無效不能承載,只有部分截面即有效截面發(fā)揮了作用。所有國家的冷彎薄壁型鋼設(shè)計(jì)規(guī)范都有有效截面的詳細(xì)計(jì)算方法,即有效截面法,一致地十分繁瑣。
下面介紹簡便的方法近似考慮開孔的影響,避免進(jìn)行測試,同時(shí)繞過復(fù)雜的有效截面計(jì)算,來考慮局部屈曲、畸變屈曲及整體屈曲的耦合。
將立柱截面分為不同的縱向板條,如下圖所示,無開孔的板條厚度不變,有開孔的板條厚度按照一定的規(guī)則進(jìn)行折減,這樣截面被劃分為不同厚度的板條,開孔效應(yīng)由截面局部厚度的折減表示。由此得到等效截面,承載計(jì)算以等效截面的特性為基礎(chǔ)。
有了等效截面,按照傳統(tǒng)方法,接下來就是計(jì)算局部屈曲與畸變屈曲引起的有效截面。好在現(xiàn)在主流已經(jīng)有了另外一種方法,可以不計(jì)算有效截面,認(rèn)為全部截面有效,而是折減強(qiáng)度,這就是直接強(qiáng)度法。我國《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》 GB 50018-2002的修訂版《冷彎型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》征求意見稿已經(jīng)采用了此方法。
從以上公式可以看出,計(jì)算涉及的所有截面特性都是全截面(考慮開孔用等效截面)特性,無需計(jì)算有效截面特性。只要受壓/受彎的局部/畸變屈曲臨界應(yīng)力確定了,其他所有的計(jì)算都是簡單的數(shù)學(xué)運(yùn)算。對于屈曲臨界應(yīng)力σ,不管是受壓還是受彎,不管是局部屈曲還是畸變屈曲,均可以借助CUFSM軟件方便地獲得。
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