如何定義結構是彈性還是塑性?

時間 2022-01-02 03:40:08

1樓:山峰2020

【問1】10.1.3條條文說明指出,「本條允許採用彎矩調幅代替塑性機構分析,使得塑性設計能夠結合到彈性分析的程式中去,將使得塑性設計實用化」。

其含義,是不是說,塑性設計可以採用S3截面?

【答】如果結合正文來看,就會發現,此條文說明所述的內容在正文並不存在。正文只是說,塑性或彎矩調幅設計「用簡單塑性鉸理論進行內力分析」。

查詢2017《鋼標》的報批稿,其10.1.3條規定如下:

10.1.3採用塑性及彎矩調幅設計的結構或構件,進行正常使用極限狀態設計時,採用荷載的標準值,並按彈性理論進行計算。

採用塑性設計的結構或構件,按承載能力極限狀態設計時,應採用荷載的設計值,用簡單塑性理論進行內力分析。

採用彎矩調幅設計時,框架柱不得產生塑性鉸,水平荷載產生的彎矩及柱端彎矩不得進行調幅。連續梁及框架梁可採用減小豎向重力荷載產生的樑端彎矩、相應增大梁跨中彎矩的簡化方法,代替塑性機構分析。

顯然,現在的條文說明是和報批稿吻合的,即,在後來修改正文時條文說明未相應改動,導致困惑。

此處需要區分塑性設計與彎矩調幅設計。

所謂「塑性設計」通常是指,採用「塑性分析」得到內力然後據此進行設計(也稱作塑性-塑性方法)。即,塑性分析是其前提。對應的,截面承載力按全截面達到塑性,S3截面顯然不夠格。

若採用彈性分析得到內力然後調幅,一般歸入「彈性分析」(也稱作彈性-塑性方法)。BS5950-1:2000的第5章為連續結構(continuous structures),5.

2.2條關於彈性分析規定,可將求得的彎矩峰值調低10%,前提條件是:(1)框架在荷載下力與彎矩保持平衡;(2)彎矩被降低的構件具有class1或class2截面;(3)任意柱關於弱軸的彎矩不減小。

BS5950中的class3相當於2017《鋼標》中的Class4,僅能達到截面邊緣纖維屈服。而中國多出來乙個S3等級可以部分發展塑性,所以,可以認為S3截面能用於彎矩調幅。

在功能上,BS5950中的class1~class4與EN1993中的class1~class4是對應的。

EN1993-1-1的5.6節「塑性全域性分析對截面的要求」(3)中規定,對於變截面構件,臨近塑性鉸區域2d範圍內,腹板的厚度不能減小,d為塑性鉸位置處腹板的淨高;臨近塑性鉸區域一定範圍內,受壓翼緣應為class1,這個區域是在塑性鉸每側不小於2d,且邊界位置是構件彎矩降至0.8倍塑性鉸彎矩。

其他位置,受壓翼緣必須是class1或class2,腹板可以是class1、class2或class3。之所以允許腹板是class3,是因為按照6.2.

2.4條,當腹板是class3而翼緣是class1或class2時,可以視為「帶有有效腹板的class2截面」。

【問3】塑性設計會不會導致不安全?

【答】關於塑性設計,文獻[4]指出,採用雙直線彎矩-曲率關係,材料硬化的有時被忽略,由此,儘管採用了塑性分析,理論上的塑性倒塌荷載(plastic collapse load)通常低於真實的荷載,因此,設計是輕微保守的。

英國規範BS5950-1:2000,澳大利亞規範AS4100:1998,歐洲規範EN1993-1-1:2005,均規定可以採用塑性設計。

塑性設計常用於單層廠房、連續梁以及其他超靜定結構。

BS5950的5.2.3.

1條規定,在同乙個工況下,若構件在乙個平面內出現塑性鉸,則在另乙個平面內不應抵抗彎矩。使用塑性分析進行設計時,構件在出平面的穩定性應通過設定側向支撐予以保證。

參考文獻

[1] CEN. Eurocode 3: Design of steel structures:

Part 1-1: General rules for buildings: EN 1993-1-1:

2005[S]. Brussels:European Committee for Standardization , 2014.

[2] BSI. Code of practice for design: Rolled andwelded sections:

BS5950-1: 2000[S]. London:

British Standard Institute, 2005.

[3] Standards Australia. Steel structures: AS4100-1998[S].

Sydney: Standards Australia, 2012.

[4] WONG B. Plastic analysis and design of steel structures[M]. Burlington:

Elsevier, 2009.

2樓:豬小寶

區分彈性和線彈性。

你所理解的其實是線彈性 linear elastic。彈性不一定要直線彈性,還可以雙折線彈性,還可以拋物線彈性,還可以任意曲線彈性。

只要解除安裝後回到初始形狀,就是彈性。載入、解除安裝的應力應變或者荷載位移可以是任意形狀,不一定必須得是通過原點的一條直線。

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