中欧钢结构构件受力计算规范比较

2016-12-08刘振华

中国新技术新产品 2016年22期

关键词：轴心计算方法屈曲

刘　晓　刘振华

（中国寰球工程公司，北京 100029）

中欧钢结构构件受力计算规范比较

刘晓刘振华

（中国寰球工程公司，北京 100029）

本文针对钢结构典型的轴心受力构件，运用中国和欧洲的规范，从原理及计算方法上进行比较，为海外项目钢结构设计提供参考。

钢结构；受弯构件；欧洲规范

随着中国建筑企业技术的提高，国际业务的拓展，承接越来越多的海外项目渐成趋势。对于土建专业来说，掌握国外规范成为一项当务之急。其中欧洲规范在欧洲以及新加坡，马来西亚等英联邦国家有广泛的应用。本文针对基本受力钢结构构件，对两种规范进行对比，并列出基本算例，验证相关结论。

1.轴心受拉构件强度计算

1.1欧洲规范BS EN 1993-1-1∶2005计算方法介绍

欧洲规范条款6.2.3中通过考虑以下两种情况，取较小值作为构件受拉承载力：

按毛截面计算：

按净截面计算：

其中γM0取为1，γM2取为1.25。对于C型钢和只有一个角肢连接的角钢受拉强度计算另有详细的规定。

1.2中国规范GB50017-2003计算方法介绍

轴心受拉构件一般是按“毛截面屈服”和“净截面拉断的准则”进行计算的。由于断裂的后果比屈服更为严重，为了方便设计，我国规范对有孔拉杆按净截面屈服进行计算。

中国规范按净截面屈服计算，而欧洲规范按毛截面屈服和净截面拉断进行计算。仅从公式上看，不易看出轴心抗拉强度计算哪个规范更偏于安全。

2.轴心受压构件整体稳定强度计算

2.1欧洲规范计算方法介绍

2.1.1钢构件截面分类

欧洲规范根据受压区的宽厚比，分为四大类：一类（塑性截面），二类（紧凑型截面），三类（半紧凑型截面），四类（细长型截面）。

近海海洋工程领域一般选择3～30 s周期范围内的波浪计算应力响应谱。其做法是将应力传递函数H的平方与相应波能谱S(ω)进行相乘，得到应力响应谱Sσ(ω)。对于桁架结构，波浪力的计算一般采用Morison 公式，但是由于单桩风机基础直径比导管架等其结构形式的直径要大很多，一般可达5～8 m，因此在利用Morison公式时，有必要分析其适用性。

2.1.2计算方法

规范定义了受压构件的有效长度：杆件在平面内可以有效防止失稳的位置约束或方向约束点间的距离，约束应有充分的强度和刚度以阻止约束点的位置或方向上的运动。

式中：NEd为抗压强度设计值；Nb，Rd为屈曲承载力设计值。

前三类截面不考虑板件局部屈曲的影响，认为构件截面全截面有效：

当板件宽厚比足够大，截面属于第四类截面时，需考虑局部屈曲的影响，进行有效面积的计算：

当考虑构件整体稳定时：

第一，二，三类截面。

2.2中国规范GB50017-2003计算方法介绍

轴心受压构件强度与轴心受拉相同，但通常整体稳定是确定截面的最重要因素。由于杆件失稳是沿全长弯曲，部分截面中孔眼削弱的影响很小，故不予考虑。计算公式如下：

φ=σcr/fy为轴心受压构件的整体稳定系数，为临界应力与钢材屈服点之比。中国规范考虑了杆件存在的缺陷，并只考虑残余应力和初弯曲两个最主要的影响因素。

2.3中、欧规范轴心受力构件承载力计算算例

现选取一根截面为UC203×203×71等级S275的轴心受力构件，无支撑长度为3m，假设构件两端为铰接节点。毛截面面积Ag=90.4cm2，有两个直径22mm螺栓孔，孔洞面积A0=3.14×0.25× 1.12×2=1.9cm2，计算构件抗拉，抗压承载力。

中国规范：轴心受拉时，N=2433.8kN。轴心受压时，此截面为b类截面，λ取较大值，查表得出φ值，φ=0.801。N= φAf=1991.3kN

欧洲规范：轴心受拉时

Npl，Rd=2486kN

两者取小值，Npl，Rd=2486kN。轴心受压时

不属于第四类截面。

假定弱轴弹性屈曲为控制工况，使用屈曲曲线“c”计算，缺陷系数α= 0.49。

中欧规范轴心受力构件极限承载力对比，见表1。

表1　轴心受力构件极限承载力对比

由此可见，计算轴心受拉时中国规范偏安全，欧洲规范得出的承载力比我国规范大2%；轴心受压构件整体稳定计算，中国规范将轧制“H”型钢，b/h＞0.8时，弱轴按照b类屈曲曲线考虑，而欧洲规范将轧制“H”型钢，h/b≤1.2时，弱轴按照c类屈曲曲线考虑，欧洲规范计算结果偏于安全，我国规范计算承载力比英国规范大32%，两种规范的计算结果偏差很大。