一种钢构件双向压弯下全截面塑性抗弯承载力的判定方法技术

本发明专利技术公开了一种钢构件双向压弯下全截面塑性抗弯承载力的判定方法，包括步骤：1）确定钢构件的截面类型及截面尺寸、材料的屈服强度、轴压力的大小；2）计算塑性中性轴与弱轴的在任意夹角下，截面塑性中性轴的准确位置与夹角关系的表达式；3）将夹角从0

【技术实现步骤摘要】
一种钢构件双向压弯下全截面塑性抗弯承载力的判定方法


[0001]本专利技术涉及一种钢构件双向压弯下全截面塑性抗弯承载力的判定方法，具体是通过截面轴力平衡得到截面上的应力分布，并旋转塑性中性轴得到钢构件的全截面塑性抗弯承载力曲线。

技术介绍

[0002]全截面塑性抗弯承载力的计算对建筑结构有着重要的意义。双向压弯构件在不考虑材料强化的前提下，构件达到全截面屈服时，即可视为构件达到极限抗弯承载力。双向压弯下钢构件的极限承载力为实际工程的塑性设计提供理论依据，为结构的安全性提供保障。
[0003]目前中国钢结构设计规范中的塑性设计只是对于强轴压弯的情况进行塑性设计，没有考虑双向压弯下的塑性承载力。而欧洲规范进行双向压弯塑性设计的相关曲线过于简单和保守，不能体现钢构件的真实极限抗弯承载力。因此，亟需一个双向压弯钢构件全截面抗弯承载力的理论计算方法。
[0004]基于平截面假定，截面达到全截面塑性时，截面上定会存在一个塑性中性轴将截面分为拉压应力屈服的两部分。依据该假定，由截面应力分布形式可计算得到构件的全截面塑性抗弯承载力。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在提供一种钢构件双向压弯下全截面塑性抗弯承载力的判定方法，在平截面假定的基础上通过旋转塑性中性轴计算钢构件轴压和双向弯曲作用下的全截面塑性抗弯承载力。
[0006]本专利技术的基本原理是基于平截面假定的这一基础假定，根据全截面塑性时的截面应力分布形式，求解截面的全截面塑性抗弯承载力。
[0007]本专利技术提供了一种钢构件双向压弯下全截面塑性抗弯承载力的判定方法，包括以下步骤：
[0008]1)确定钢构件的截面类型及截面尺寸、材料的屈服强度、轴压力的大小；
[0009]2)旋转塑性中性轴，基于轴力平衡条件，计算得到在任意夹角下，截面塑性中性轴的准确位置与夹角关系的表达式；
[0010]3)将夹角从0
°
到90
°
以特定角度(2
°
，5
°
，10
°
等等，增量步的大小影响结果的连续性)为间隔进行划分，得到若干选定角度；
[0011]4)根据步骤2)得到特定夹角下截面塑性中性轴的准确位置，确定该夹角下全截面塑性的应力分布形式，并计算得到两主轴方向的塑性抗弯承载力；
[0012]5)对于所有选定角度，重复步骤4)，得到所有选定夹角下截面的塑性抗弯承载力，进而得到所求钢构件全截面塑性抗弯承载力双向相关曲线。
[0013]上述方法中，所述钢构件的截面类型包括箱型、H形、T形中的任一种。
[0014]上述方法中，步骤2)中，截面塑性中性轴的位置是受轴压力和塑性中性轴与截面主轴的夹角θ
n
唯一确定的。
[0015]上述方法中，钢构件的截面类型为箱型时，
[0016]假定bt
f
<ht
w
，由于不同的轴压力N会使相同夹角下塑性中性轴位置坐标的计算式有所不同，因此以轴压力N的大小为公式计算的主要划分对象，再以夹角θ
n
做进一步细分；得到如下的计算式：
[0017]当时：
[0018][0019]当时：
[0020][0021]当时：
[0022][0023]其中h、b分别为箱型截面的高和宽；t
f
和t
w
分别为箱形截面翼缘和腹板的厚度；θ
n
为塑性中性轴与弱轴夹角；n＝N/Af
y
表示轴压比的大小；(x
n
，0)和(0，y
n
)分别为塑性中性轴与两主轴的交点的坐标。
[0024]上述方法中，钢构件的截面类型为T形时，
[0025]假定bt
f
<ht
w
，由于不同的轴压力N会使相同夹角θ
n
下塑性中性轴位置坐标的计算式有所不同，因此以轴压力N的大小为公式计算的主要划分对象，再以夹角θ
n
做进一步细分；得到如下的计算式：
[0026]当时：
[0027][0028]当时：
[0029][0030]其中h、b分别为T形截面的高和宽；h0为强轴距翼缘外边缘的距离；t
f
和t
w
分别为T形截面翼缘和腹板的厚度；θ
n
为塑性中性轴与弱轴夹角；n＝N/Af
y
表示轴压比的大小；(x
n
，0)和(0，y
n
)分别为塑性中性轴与两主轴的交点的坐标。
[0031]上述方法中，构件在达到全截面塑性时，两主轴抗弯承载力的计算式为：
[0032]M
pcx
＝∫f
y
ydA；M
pcy
＝∫f
y
xdA
[0033]其中M
pcx
和M
pcy
分别表示全截面塑性时，两主轴的抗弯承载力；f
y
为材料的屈服强度；x和y分别表示积分单元在直角坐标系中的坐标值；dA表示积分单元的面积。
[0034]本专利技术的有益效果：
[0035]本专利技术为实际工程中的压弯构件提供了一个全截面塑性的极限承载力曲线，提供
了一个理论计算方法，为实际工程复杂受力状态下的塑性设计的提供了参考。
附图说明
[0036]图1为箱型截面尺寸示意图；
[0037]图2为箱型截面钢构件在某一双向压弯受力下的截面塑性中性轴的位置及应力分布示意图；
[0038]图3为T形截面钢构件的尺寸示意图；
[0039]图4为T形截面钢构件在某一双向压弯受力下的截面塑性中性轴的位置及应力分布示意图；
[0040]图5为双向压弯下的全截面塑性抗弯承载力相关曲线。
具体实施方式
[0041]下面通过实施例来进一步说明本专利技术，但不局限于以下实施例。
[0042]实施例1：
[0043]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本
的技术人员理解本专利技术，但应该明确的是，本专利技术并不限于本具体实施方式的范围，本
的技术人员依然可以对下列实施例所记载的技术方案进行修改或对其中部分技术特征进行更换，这些修改或更换都不使相应的技术方案的本质脱离本专利技术专利的技术范围。
[0044]一种钢构件双向压弯下全截面塑性抗弯承载力的判定方法，包括以下步骤：
[0045]1)确定钢构件的截面类型及截面尺寸、材料的屈服强度、轴压力的大小；
[0046]2)旋转塑性中性轴，基于轴力平衡条件，计算得到在任意夹角下，截面塑性中性轴的准确位置与夹角关系的表达式；
[0047]3)将夹角从0
°
到90
°
以特定角度(2
°
，5
°
，10
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢构件双向压弯下全截面塑性抗弯承载力的判定方法，其特征在于包括以下步骤：1)确定钢构件的截面类型及截面尺寸、材料的屈服强度、轴压力的大小；2)旋转塑性中性轴，基于轴力平衡条件，得到在任意夹角下，截面塑性中性轴的准确位置与夹角关系的表达式；3)将夹角从0
°
到90
°
以特定角度为间隔进行划分，得到若干选定角度；4)根据步骤2)得到特定夹角下截面塑性中性轴的准确位置，确定该夹角下全截面塑性的应力分布形式，并计算得到两主轴方向的塑性抗弯承载力；5)对于所有选定角度，重复步骤4)，得到所有选定夹角下截面的塑性抗弯承载力，进而得到所求钢构件全截面塑性抗弯承载力双向相关曲线。2.根据权利要求1所述的钢构件双向压弯下全截面塑性抗弯承载力的判定方法，其特征在于：所述钢构件的截面类型包括箱型、H形、T形中的任一种。3.根据权利要求1所述的钢构件双向压弯下全截面塑性抗弯承载力的判定方法，其特征在于：步骤2)中，截面塑性中性轴的位置是受轴压力和塑性中性轴与截面主轴的夹角θ
n
唯一确定的。4.根据权利要求1所述的钢构件双向压弯下全截面塑性抗弯承载力的判定方法，其特征在于：所述的特定角度包括2
°
、5
°
或10
°
。5.根据权利要求1所述的钢构件双向压弯下全截面塑性抗弯承载力的判定方法，其特征在于：钢构件的截面类型为箱型时，假定bt
f
<ht
w
，由于不同的轴压力N会使相同夹角下塑性中性轴位置坐标的计算式有所不同，因此以轴压力N的大小为公式计算的主要划分对象，再以夹角做进一步细分；得到如下的计算式：当时：当时：
当时：其中h、b分别为箱型截面的高和宽；t
f
和t
w
...

【专利技术属性】
技术研发人员：程欣，杜辉波，王夏欣，张超，史晓鹏，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：