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6.2 整体稳定


6.2.1 符合下列情况时,可不计算梁的整体稳定性:
    1 有铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连,能阻止梁受压翼缘的侧向位移时。
    2 等截面工字形简支梁受压翼缘的自由长度 l 与其宽度 b 之比不超过表6.2.1所规定的数值时。
表6.2.1 等截面工字形简支梁不需要计算整体稳定性的最大l/b值
 等截面工字形简支梁不需要计算整体稳定性的最大l/b值
    对跨中无侧向支承点的梁,l 为其跨度;对跨中有侧向支承点的梁。l 为受压翼缘侧向支承点间的距离(梁的支座处视为有侧向支承)。
6.2.2 当不满足第6.2.1条时,在最大刚度平面内,受弯构件的整体稳定性应按下式计算:
受弯构件的整体稳定性
    式中
    Mx——绕强轴作用的最大弯矩;
    Wex——对强轴受压边缘的有效截面模量;
    φb——梁的整体稳定系数,应按附录C计算。
6.2.3 梁的支座处,应采取构造措施防止梁端截面的扭转。
条文说明
6.2.1 当有铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固连接,能阻止受压翼缘的侧向位移时,粱就不会丧失整体稳定,因此也不必计算梁的整体稳定性。对于工字形截面不需要验算整体稳定时的l/b值主要参考钢规并结合铝合金材料性能给出。
6.2.2 铝合金梁的弯扭稳定系数φb为弯扭屈曲应力与材料名义屈服强度的比值,由Perry公式给出,这样梁与柱的稳定曲线有统一的表达形式;式中 η 为计及构件几何缺陷的Perry Robertson系数,可以采用不同的取值方法,其中欧规建议的缺陷系数形式为:
式中,参数αb对稳定系数φb有着不同的影响:当αb不变时,越大,受弯构件在较小长细比情况下的稳定系数越高;而当不变时,αb越小,构件在中等长细比情况下的稳定系数越高。
    分析表明,影响弯扭屈曲应力的因素主要有:①合金材料性能,②构件的截面形状及其尺寸比,③荷载类型及其在截面上的作用点位置,④跨中有无侧向支承和端部约束情况,⑤初始变形、加载偏心和残余应力等初始缺陷,⑥截面的塑性发展性能等。本规范根据不同合金材料、不同荷载作用形式下各类工字形截面、槽形截面、T形截面梁的数值模拟计算结果,经统计分析后得出 α 、λ0的取值,从而确定梁的弹塑性弯扭稳定系数计算公式。图8和图9给出了同济大学完成的10根跨中集中力作用下工字形截面梁和10根槽形截面梁的弯扭稳定试验结果、有限元计算值、本规范公式以及欧规公式的计算结果。对于槽形梁,考虑其截面受压部分局部屈曲的影响,按有效截面模量进行计算。由图可知:本规范给出的公式与有限元计算值和试验实测值基本吻合并偏于安全;对于工字形截面,由于本规范在计算其弯扭稳定时未考虑截面的塑性发展,故给出的计算结果较欧规计算结果偏小。
 工字形截面梁弯扭稳定极限承载力曲线比较
相对长细比λ
图8 工字形截面梁弯扭稳定极限承载力曲线比较
    本条给出的临界弯矩计算公式适用于对称截面以及单轴对称截面绕对称轴弯曲的情况。但对于绕非对称轴弯曲的截面,如单轴对称工字形截面绕强轴弯曲时,临界弯矩计算式中β1、β2、β3的取值存在一定争议,见《薄壁钢梁稳定性计算的争议及其解决》(童根树,建筑结构学报,2002)。本条给出的β1、β2、β3均参考欧规。
 槽形截面梁弯扭稳定极限承载力曲线比较
相对长细比λ
图9 槽形截面梁弯扭稳定极限承载力曲线比较
    本条中给出的翘曲计算长度系数μω=1.0适用于端部夹支的边界约束条件;对于端部有端板固定或端部支座有加劲肋板的情况,虽然翘曲约束有所增强,但根据文献《钢结构设计原理》(陈绍蕃)的分析以及欧规的规定,除非端部加劲板的厚度用得很大,否则其对梁端翘曲的约束作用在计算中可以忽略,故这里仍采用μω=1.0。
    用作减小梁侧向计算长度的跨间侧向支撑应具有足够的侧向刚度并与受压翼缘相连,以提供足够的支撑力阻止受压翼缘的侧向位移。采用多道支撑时,偏于安全按跨中一道支撑考虑,取计算长度系数为0.5。
6.2.3 铝合金梁整体失稳时,梁将发生较大的侧向弯曲和扭转变形,因此为了提高梁的稳定承载能力,任何梁在其端部支承处都应采取构造措施,以防止其端部截面的扭转。
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铝合金结构设计规范 GB50429-2007
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