66：BS EN 1993-1-6：2007-中文版（钢结构设计——壳体结构强度和稳定性）

英国标准英国标准 BS EN 1993-1-6:2007 除著作权法规定情形外，未经除著作权法规定情形外，未经 BSI 授权不得擅自复制授权不得擅自复制 欧洲规范欧洲规范 3 钢结构设计钢结构设计 1-6: 壳体结构强度和稳定性壳体结构强度和稳定性 欧洲标准 EN 1993-1-6:2007 具有与英国标准同等的地位 ICS 91.010.30; 91.080.10 BS EN 1993-1-6:2007 此英国标准经由标准政 策和策略委员会于2007 年7月30日授权出版。 BSI 2007 ISBN 978 0 580 50669 7 英国版前言英国版前言 本英国标准由BSI出版。为EN 1993-1-6:2007的英国执行版。 受技术委员会B/525（建筑和土木工程结构）委托，英国加入小组委员会 B/525/31（钢结构的使用），参与规范的编制工作。 如有要求，可向秘书处索取参与该小组委员会的机构名单。 本出版物并非旨在囊括合同中所有的必需条款。使用者须负责将其正确 运用。 符合英国标准并不表示可免除其法律责任。符合英国标准并不表示可免除其法律责任。 出版后发布的修订出版后发布的修订 修订次数. 日期 备注 欧洲标准欧洲标准 EN 1993-1-6 2007 年 2 月 ICS 91.010.30; 91.080.10 ENV 1993-1-6:1999 替代本 英文版 欧洲规范欧洲规范 3 钢结构设计钢结构设计 第第 1-6 部分部分: 壳体结构的强度和稳定性壳体结构的强度和稳定性 Eurocode 3 - Calcul des structures en acier - Partie 1-6:Rsistance et stabilit des structures en coque Eurocode 3 - Bemessung und Konstruktion vonStahlbauten - Teil 1-6: Festigkeit und Stabilitt von Schalen 本欧洲标准于2006年6月12日经CEN（欧洲标准委员会）批准。 CEN成员均须遵守CEN/CENELEC内部条例，其条款规定了此欧洲标准在不做任何变更的前提下即具 备各国国家标准地位的条件。若要索取有关国家标准的最新目录和参考书目，可向管理中心或任何CEN成 员国提出申请。 本欧洲标准有三种官方版本（英文版、法文版和德文版） 。任何由CEN成员国负责翻译成本国语言的 其他语言版本欧洲标准在CEN管理中心备案之后具有与正式版本相同的地位。 CEN成员为各国国家标准机构、包括奥地利、比利时、塞浦路斯、捷克、丹麦、爱沙尼亚、芬兰、法 国、德国、希腊、匈牙利、冰岛、爱尔兰、意大利、拉脱维亚、立陶宛、卢森堡、马耳他、荷兰、挪威、 波兰、葡萄牙、斯洛伐克、斯洛文尼亚、西班牙、瑞典、瑞士和英国。 欧洲标准化委员会 管理中心管理中心: 布鲁塞尔斯大萨特街布鲁塞尔斯大萨特街36号号(B-1050) 2007 CEN CEN成员国保留在全球范围内以任何形式或方式进行使用的所有权利。参考号. EN 1993-1-6:2007: E EN 1993-1-6:2007(E) 3 目录目录 页码页码 1. 概述概述 . 6 1.1 范围 6 1.2 规范性参考文献 7 1.3 术语和定义 8 1.4 符号 14 1.5 符号法则 18 2 设计基础和建模设计基础和建模 . 19 2.1 概述 19 2.2 分析类型 19 2.3 壳体边界条件 21 3 材料和几何形状材料和几何形状 . 22 3.1 材料特性 22 3.2 几何数据的设计值 22 3.3 几何公差和几何缺陷 22 4 钢壳的承载能力极限状态钢壳的承载能力极限状态 . 24 4.1 要考虑的承载能力极限状态 24 4.2 壳体极限状态设计的设计方案 26 5 壳体内的应力合力和应力壳体内的应力合力和应力 . 29 5.1 壳体内的应力合力 29 5.2 用于分析的壳体建模 29 5.3 分析类型 31 6 塑性极限状态塑性极限状态(LS1) . 32 6.1 作用的设计值 32 6.2 应力设计 32 6.3 利用整体数值 MNA 或 GMNA 分析进行的设计 . 33 6.4 直接设计 34 7 循环塑性极限状态循环塑性极限状态(LS2) . 35 7.1 作用的设计值 35 7.2 应力设计 35 7.3 利用整体数值 MNA 或 GMNA 分析进行的设计 . 36 7.4 直接设计 36 8 屈曲极限状态屈曲极限状态(LS3) . 37 8.1 作用的设计值 37 EN 1993-1-6:2007(E) 4 8.2 特殊定义和符号 37 8.3 屈曲相关的边界条件 37 8.4 屈曲相关的几何公差 38 8.5 应力设计 . 44 8.6 利用 MNA 和 LBA 分析通过整体数值分析进行的设计 . 46 8.7 利用 GMNIA 分析通过整体数值分析进行的设计 48 9 疲劳极限状态疲劳极限状态(LS4) 54 9.1 作用的设计值 54 9.2 应力设计 . 54 9.3 通过整体数值 LA 或 GNA 分析进行的设计 55 附录附录 A (标准性标准性) 壳体内薄膜理论应力壳体内薄膜理论应力 56 A.1 概述 . 56 A.2 未加劲圆柱壳体 57 A.3 未加劲圆锥壳体 58 A.4 未加劲球形壳体 60 附录附录 B (标准性标准性) 塑性崩塌抗力的补充表达式塑性崩塌抗力的补充表达式 61 B.1 概述 . 61 B.2 未加劲圆柱壳体 62 B.3 环形加劲圆柱壳体 64 B.4 壳体之间的节点 67 B.5 具有对称边界条件的圆板 70 附录附录 C (标准性标准性) 线性弹性薄膜和弯曲应力的表达式线性弹性薄膜和弯曲应力的表达式 71 C.1 概述 . 71 C.2 底部夹紧的未加劲圆柱体壳体 72 C.3 底部钉住的未加劲圆柱壳体 74 C.4 未加劲圆柱壳体中的内部条件 77 C.5 圆柱壳体上的环形加劲肋 79 C.6 具有轴对称边界条件的圆板 80 附录附录 D (标准性标准性) 屈曲应力设计的表达式屈曲应力设计的表达式 82 D.1 壁厚恒定的未加劲圆柱壳体 82 D.2 分段可变壁厚的未加劲圆柱壳体 92 D.3 未加劲搭接圆柱壳体 97 D.4 未加劲完整圆锥壳体和截锥壳体 98 EN 1993-1-6:2007(E) 5 前言前言 本欧洲标准 EN 1993-1-6，欧洲规范 3： 钢结构设计 1-6 部分：壳体结构的强度和稳定性由 CEN/TC250“结构欧洲规范”技术委员会编制，其秘书处由英国标准协会管理。CEN/TC250 对所有欧洲 结构规范负责。 通过相同文本的出版或确认，最迟在 2007 年 8 月前，本欧洲标准应具有与国家标准同等的地位，而 与之相冲突的国家标准应最迟于 2010 年 3 月前废除。 此文件将取代 ENV1993-1-6。 根据 CEN/CENELEC 内部条例，下列国家的国家标准机构必须执行此欧洲标准： 奥地利、比利时、 塞浦路斯、捷克、丹麦、爱沙尼亚、芬兰、法国、德国、希腊、匈牙利、冰岛、爱尔兰、意大利、拉脱 维亚、立陶宛、卢森堡、马耳他、荷兰、挪威、波兰、葡萄牙、斯洛伐克、斯洛文尼亚、西班牙、瑞典、 瑞士和英国。 EN 1993-1-6 的国家版附录的国家版附录 本标准提供了替代程序、数值和建议并在各国可自行做出选择之处给出标注。因此，执行EN 1992-1-2 的国家标准应有一个包含全部国家确定参数的国家版附录，用于相关国家拟进行施工的钢结构设计中。 EN 1993-1-6中的下列条款允许各国自行做出选择： 3.1(4) 4.1.4(3) 5.2.4(1) 6.3(5) 7.3.1(1) 7.3.2(1) 8.4.2(3) 8.4.3(2) 8.4.3(4) 8.4.4(4) 8.4.5(1) 8.5.2(2) 8.5.2(4) 8.7.2(7) 8.7.2(16) 8.7.2(18)(2 次) 9.2.1(2)P EN 1993-1-6:2007(E) 6 1. 概述概述 1.1 范围范围 (1) EN 1993-1-6 给出了旋转壳形板钢结构的基本设计规则。 (2) 此标准将与EN 1993-1-1、EN 1993-1-3、EN 1993-1-4和EN 1993-1-9及EN 1993的相关应用部分结 合使用，其中EN 1993的相关应用部分包括： 关于塔式建筑和天线铁架的3.1部分 关于烟囱的3.2部分 关于筒仓的4.1部分 关于储罐的4.2部分 关于管道的4.3部分 (3) 此标准定义了结构抗力的特征值和设计值。 (4) 此标准与以下对应承载能力极限状态的设计要求有关，即： 塑性极限； 循环塑性； 屈曲； 疲劳。 (5) 此标准并未包括结构的整体平衡（滑动、上升、倾覆），但在EN 1993-1-1中有针对此方面的内容。 在EN1993的相关应用部分包含了具体应用的特殊考虑事项。 (6) 本标准的规定适用于轴对称壳体、相关的圆形或环形板、梁材环形截面以及组成完整结构部分的 纵梁加劲肋。其包含了所有壳体形式的计算机计算的一般程序。附录中给出了未加劲圆柱和圆锥 的手工计算的具体表达式。 (7) 本标准并未明确包含圆柱和圆锥面板。但是，若适当考虑了相关边界条件，则这些规定是可以适 用的。 (8) 本标准计划用于钢壳结构。对于在其它金属制成的壳体结构，若未编制出标准，则可适用此标准 的规定，前提是适当考虑相关的材料属性。 (9) 本标准的规定已确定适用于相关EN 1993 应用部分中定义的温度范围内。对最高温度进行限制， 这样，当相关应用部分中未包含高温徐变效应时，徐变的影响可忽略。 (10) 本标准中的规定适用于满足EN 1993-1-10中给出的脆性断裂规定的结构。 (11) 若结构设计处于本质上可视为准静态的作用下，则本标准的规定可适用。 (12) 在此标准中，假定了一般情况下可将风荷载和散体流视为准静态作用。 EN 1993-1-6:2007(E) 7 (13) 根据 EN 1993 中的相关应用部分，应该考虑到动态效应，包括由疲劳引起的后果。但是，在此 部分中，将动态性质引起的应力合力视作是准静态的。 (14) 按照 EN 1090-2所述，本标准中的规定可适用于正在施工的结构。 (15) 本标准不涉及渗漏方面。 (16) 本标准拟应用于处于以下范围的结构： 设计金属温度范围在50C 至 +300C之间； 半径厚度比在 20 至 5000之间。 注：注： 必须注意到：若应用于壁厚相对较大的壳体的某些几何结构和荷载条件，此标准的应力设计 规则可能有些保守。 1.2 规范性参考文献规范性参考文献 (1) 本欧洲标准以注明日期或未注明日期的参考文件的形式将其它出版物发布的规定包含在内。在本 文的适当位置引用了规范性参考文献，并在以下列出了这些出版物。对于标注日期的参考文献， 仅在通过修改或修订将这些出版物的后续修改或修订信息包含在本欧洲标准中之后，方可将其用 于此欧洲标准。对于未标注日期的参考文献，应使用所参考出版物的最新版本。 EN 1090-2 钢结构和铝结构施工 第 2 部分：钢结构技术要求 EN 1990 结构设计基础 EN 1991 欧洲规范 1：结构上的作用 EN 1993 欧洲规范 3：钢结构设计 第1.1部分： 建筑物总则和规则 第1.3部分： 冷成形薄标准构件和金属薄板 第1.4部分： 不锈钢 第1.5部分： 板式结构元 第1.9部分： 钢结构的疲劳强度 第1.10部分： 根据断裂韧度和沿厚度方向的属性来选择钢材 第1.12部分： 适用于S 700及以下等级的钢材的EN 1993扩展部分的附加规则 第2部分： 钢桥 第3.1部分： 塔式建筑和天线塔架 第3.2部分： 烟囱 第4.1部分： 筒仓 第4.2部分： 储罐 EN 1993-1-6:2007(E) 8 第4.3部分： 管道 第5部分： 打桩 1.3 术语和定义术语和定义 在EN 1990中所定义的常用于欧洲结构标准的术语适用于此标准。除非另有规定，否则ISO 8930中给 出的定义在此标准里同样适用。对于此标准而言，EN 1993-1-1 的补充部分中以下定义适用： 1.3.1 结构形式和几何形状结构形式和几何形状 1.3.1.1 壳体壳体 由弯曲薄板形成的结构或构件。 1.3.1.2 旋转壳旋转壳 一种壳体，其几何形状以2弧度围绕一根单轴旋转的经向母线形成的中间表面而定义。此壳体可为任 意长度。 1.3.1.3 成套轴对称壳体成套轴对称壳体 由许多部件组成的壳体，每个均是旋转壳。 1.3.1.4 壳体节段壳体节段 壁厚恒定、具有定义的壳体几何形状形式的旋转壳：圆柱体、圆锥台 、球形柱身、环形板、环形铰 接或其它形式。 1.3.1.5 壳板壳板 不完整的旋转壳：壳体形式通过绕轴以不到2的弧度旋转的母线来定义。 1.3.1.6 中面中面 位于壳体任一点处内外表面之间的中间位置的表面。若壳体表面的一面或两面都加劲，则基准中面仍 可取弯曲壳板的中面。中面是用来分析的基准表面，并且在厚度改变或壳体接缝处可以是不连续的，因此 可能引起对壳体结构性能很重要的偏心。 1.3.1.7 接缝接缝 两个或多个壳体节段相交处的线：其可包含一个加劲肋。一个环形加劲肋加到壳体上所形成的环线可 视为是一条连缝。 EN 1993-1-6:2007(E) 9 1.3.1.8 纵梁加劲肋纵梁加劲肋 沿着壳体经线（其代表旋转壳的一条母线）的局部加劲构件。安装此纵梁加劲肋是用来提高稳定性， 或帮助局部荷载的引入。并非用于为横向荷载引起的弯曲效应提供基本承载力。 1.3.1.9 肋肋 为壳体的经线（其代表旋转壳的一条母线）向下弯曲提供一条基本荷载承载路径的局部构件。此构件 用于通过弯曲传递或分布横向荷载。 1.3.1.10 加强环加强环 在经线指定点绕过旋转壳的局部加劲构件。通常假定在其自身面外变形（壳体的经线位移）无刚性， 但在环平面内的变形是刚性的。此加强环用来增强环平面内的稳定性或引入作用在环平面内的局部荷载。 1.3.1.11 底座圈底座圈 在底座绕过旋转壳圆周的结构构件，其提供了一种将壳体与基础或其它结构构件连接的方法。需要确 保在实际应用中达到假定的边界条件。 1.3.1.12 圈梁或环形主梁圈梁或环形主梁 在壳体圆截面的平面内和垂直于此平面的平面内具有弯曲刚度和强度的环形加劲肋。它是一个主要承 载结构构件，用于将局部荷载分配到壳体内。 1.3.2 极限状态极限状态 1.3.2.1 塑性极限塑性极限 是一种极限状态，在此极限状态下结构以一种模式形成屈服区，这样其对增加的荷载的承载能力最后 耗尽。它与小挠度理论塑性极限荷载或塑性破损机制紧密相关。 1.3.2.2 拉裂拉裂 壳板经受由拉伸引起的横截面破损的极限状态。 1.3.2.3 循环塑性循环塑性 由加载和卸载的循环导致重复屈服的极限状态，其会引起低循环疲劳破坏，在此破坏状态下材料能量 吸收能力耗尽。 EN 1993-1-6:2007(E) 10 1.3.2.4 屈曲屈曲 结构在薄膜压力和/或剪力下突然丧失稳定性的极限状态。这种状态要么引起较大位移、要么使结构无 法承载外加荷载。 1.3.2.5 疲劳疲劳 是一种极限状态，在此状态下许多荷载循环导致壳板内形成裂缝，通过进一步荷载循环可能导致壳板 断裂。 1.3.3 作用作用 1.3.3.1 轴向荷载轴向荷载 作用在轴向上的外部外加荷载。 1.3.3.2 径向荷载径向荷载 与圆柱壳体表面垂直作用的外部外加荷载。 1.3.3.3 内部压力内部压力 在向外方向上垂直作用于壳体的表面荷载分量。其大小在经向和周向（如在筒仓内的固体荷载）都可 能会变化。 1.3.3.4 外部压力外部压力 在向内方向上垂直作用于壳体的表面荷载分量。 其大小在经向和周向 （如在风的作用下） 都可能变化。 1.3.3.5 静水压力静水压力 随旋转壳的轴坐标发生线性变化的压力。 1.3.3.6 壁面摩擦荷载壁面摩擦荷载 由于与内部压力连接的摩擦力产生的作用在壳壁上的表面经向分量（如：当壳体内装有固体时）。 1.3.3.7 局部荷载局部荷载 作用于壳体圆周的有限部分上、并超过了限制高度的点作用力或分布荷载。 EN 1993-1-6:2007(E) 11 1.3.3.8 局部荷载局部荷载 垂直作用于壳体的局部分布荷载。 1.3.3.9 抽吸抽吸 在风力作用下，由于带开口或通风孔的壳体内的折减内压力所产生的均匀净外压。 1.3.3.10 部分真空部分真空 由于清除通风不当的容器内存放的液体或固体所产生的均匀净外压。 1.3.3.11 热作用热作用 沿壳体经线向下、或绕着壳体圆周、或穿过整个壳体厚度的温度变化。 1.3.4 壳体内的应力合力和应力壳体内的应力合力和应力 1.3.4.1 薄膜应力合力薄膜应力合力 薄膜应力合力是壳体单位宽度的力，这些力源自在整个壳体厚度上平行作用于壳体中面的直接应力和 剪应力分布的积分。在弹性条件下，每种合力应力均会引起整个壳体厚度内的一种均匀应力状态。在任意 点上均有三种薄膜应力合力（见图1.1(e)）。 1.3.4.2 弯曲应力合力弯曲应力合力 弯曲应力合力是壳体单位宽度的弯矩和扭矩，这些弯矩和扭矩源自在整个壳体厚度上平行作用于壳体 中面的直接应力和剪应力分布的一次矩积分。在弹性条件下，每种应力合力均会引起整个壳体厚度内的一 种线性变化应力状态，其值为零并且存在中面。任意点上均有两个弯矩和一个扭矩。 1.3.4.3 横向剪应力合力横向剪应力合力 横向应力合力是壳体单位宽度的力，这些力源自在整个壳体厚度上垂直作用于壳体中面的剪应力分布 的积分。在弹性条件下，每种应力合力均会引起整个壳体厚度上一种呈抛物线变化的应力状态。在任意点 上均有两个横向剪应力合力（参看图 1.1(f)）。 1.3.4.4 薄膜应力薄膜应力 薄膜应力的定义为：薄膜应力合力除以壳体厚度（见图1.1(e)）。 1.3.4.5 弯曲应力弯曲应力 弯曲应力定义为：弯曲应力合力乘以6再除以壳体厚度的平方。只有在壳体为弹性的条件下，此定义 EN 1993-1-6:2007(E) 12 才有意义。 1.3.5 分析类型分析类型 1.3.5.1 整体分析整体分析 包括整个结构的分析，而不是对各结构部件进行单独分析。 1.3.5.2 薄膜理论分析薄膜理论分析 一种通过假设仅薄膜力满足外部荷载平衡条件来预计分布荷载下薄壁壳体结构性能的分析。 1.3.5.3 线性弹性壳体分析线性弹性壳体分析 (LA) 一种基于小挠度线性弹性壳体弯曲理论来预计薄壁壳体结构性能的分析，其与壳体中面的理想几何形 状有关。 1.3.5.4 线性弹性分支线性弹性分支(特征值特征值) 分析分析 (LBA) 一种基于小挠度线性弹性壳体弯曲理论来确定薄壁壳体结构线性分支特征值的分析，其与壳体中面的 理想几何形状有关。必须指出的是，在提及特征值的地方，此分析与振动模式无关。 1.3.5.5 几何非线性弹性分析几何非线性弹性分析 (GNA) 一种以适用于理想结构的壳体弯曲理论原理为基础的分析，此分析使用线性弹性材料规则，但包括了 完全说明由于对壳体的作用而引起的任何几何形状变化的位移的非线性大挠度理论。在各荷载级别包含了 分支特征值检查。 1.3.5.6 材料非线性分析材料非线性分析 (MNA) 一种以适用于理想结构的壳体弯曲理论为基础的分析，如1.3.4.3所述，此分析使用小挠度假设，但是 采用非线性弹塑性材料法则。 1.3.5.7 几何和材料非线性分析几何和材料非线性分析(GMNA) 一种以适用于理想结构的壳体弯曲理论为基础的分析，此分析使用位移非线性大挠度理论和非线性弹 塑性材料法则的假设。在各荷载级别包含了分支特征值检查。 1.3.5.8 包括缺陷的几何非线性弹性分析包括缺陷的几何非线性弹性分析 (GNIA) 一种明确包括了缺陷的分析，与1.3.4.5中定义的GNA分析类似，但采用了包括缺陷形状（即：中面的 几何形状包括与理想形状的意外偏差）的结构几何模型。缺陷还可能包括边界条件中的偏差效应和/或残余 应力效应。在各荷载级别包含了分支特征值检查。 EN 1993-1-6:2007(E) 13 1.3.5.9 包括缺陷的几何和材料非线性分析包括缺陷的几何和材料非线性分析(GMNIA) 一种明确包括了缺陷的分析，其是以应用于缺陷结构（即：中面的几何形状包括与理想形状的意外偏 差）的壳体弯曲理论原理为基础，包括了完全说明由于对壳体的作用而引起的任何几何形状变化的位移的 非线性大挠度理论和非线性弹塑性材料法则。缺陷还可能包括边界条件中的缺陷和/或残余应力。在各荷载 级别包含了分支特征值检查。 1.3.6 应力设计中使用的应力类别应力设计中使用的应力类别 1.3.6.1 主应力主应力 与外加荷载保持平衡所需的应力体系。其主要由薄膜应力组成，但是在某些条件下，为达到平衡也需 要弯曲应力。 1.3.6.2 次应力次应力 由内部相容性或与边界条件的相容性引起的应力，其与外加荷载或作用位移(温度、预应力、沉降、收 缩)相关。要达到内应力状态和外部荷载之间的平衡，无需这些应力。 1.3.7 屈曲计算的特殊定义屈曲计算的特殊定义 1.3.7.1 临界屈曲承载力临界屈曲承载力 通过假定弹性材料性能的理想状态、理想几何形状、理想荷载施加、理想支承、材料各向同性且无残 余应力（LBA分析）而确定的最小分支或极限荷载。 1.3.7.2 临界屈曲应力临界屈曲应力 与临界屈曲承载力相关的薄膜应力。 1.3.7.3 塑性基准承载力塑性基准承载力 塑性极限荷载，其值通过假定刚性塑料材料性能的理想状态、理想几何形状、理想荷载施加、理想 支承和材料各向同性（采用MNA分析模拟）来确定。 1.3.7.4 特性屈曲承载力特性屈曲承载力 在非弹性材料性能、实际建筑中不可避免的几何和结构缺陷以及随从荷载效应存在时，与屈曲相关的 荷载。 EN 1993-1-6:2007(E) 14 1.3.7.5 特性屈曲应力特性屈曲应力 与特性屈曲承载力相关的薄膜应力。 1.3.7.6 设计屈曲承载力设计屈曲承载力 屈曲荷载的设计值，通过特性屈曲承载力除以承载力的分项系数得到。 1.3.7.7 设计屈曲应力设计屈曲应力 与设计屈曲承载力相关的薄膜应力。 1.3.7.8 应力关键值应力关键值 在非均匀应力区域的应力值，用于在屈曲极限状态评估中描述应力大小。 1.3.7.9 制造公差质量等级制造公差质量等级 在设计中假定的制造公差要求类别，见8.4节。 1.4 符号符号 (1) 除了 EN 1990 和 EN 1993-1-1中给出的符号以外，也用到以下符号： (2) 坐标系，见图 1.1： r 径向坐标，与回转轴垂直； x 经向坐标； z 轴向坐标； 圆周向坐标； 经向斜率：旋转轴和与壳体经线垂直的轴之间的角。 (3) 压力； pn 与壳体垂直； px 与壳体平行的经向表面荷载； p 与壳体平行的圆周向表面荷载。 (4) 线力： Pn 与壳体垂直的单位圆周荷载； Px 在经向作用的单位圆周荷载； EN 1993-1-6:2007(E) 15 P 圆周向作用于壳体的单位圆周荷载。 (5) 薄膜应力合力： nx 经向薄膜应力合力； n 圆周向薄膜应力合力； nx 薄膜剪应力合力。 (6) 弯曲应力合力： mx 单位宽度经向弯矩； m 单位宽度周向弯矩； mx 单位宽度扭转剪力矩； qxn 与经向弯曲相关的横向剪力； qn 与周向弯曲相关的横向剪力。 (7) 应力： x 经向应力； 圆周向应力； eq von Mises等效应力 (在循环荷载中也可取负值)； ,x 面内剪应力； xn, n 与弯曲相关的经向、圆周横向剪应力。 (8) 位移： u 经向位移； v 圆周向位移； w 与壳体表面垂直的位移； 经向旋转，见5.2.2。 (9) 壳体尺寸： d 壳体内径； L 壳体总长； l 壳体节段长度； lg 用于缺陷测量的标距； lg 用于缺陷测量的圆周向标距； lgw 用于缺陷测量穿过焊缝的标距； EN 1993-1-6:2007(E) 16 lgx 用于缺陷测量的经向标距； lR 用于屈曲强度评估的壳体有限长度； r 与回转轴垂直的中面的半径； t 壳体壁厚； tmax 在某一接缝处的壳体壁最大厚度； tmin 在某一接缝处的壳体壁最小厚度； tave 在某一接缝处的壳体壁平均厚度； 圆锥顶点半角。 图图 1.1: 旋转壳符号旋转壳符号 (10) 公差，见8.4节： e 连接板中面之间的偏心距； Ue 附加偏心距公差参数； Ur 不圆度公差参数； Un 用于数值计算的初始涡形缺陷振幅参数； Uo 初始涡形公差参数； wo 与壳体表面垂直的公差。 (11) 材料属性： E 杨氏弹性模量； feq von Mises等效强度； EN 1993-1-6:2007(E) 17 fy 屈服强度； fu 极限强度； v 泊松比。 (12) 强度评估中的参数： C 屈曲强度评估系数； D 疲劳评估中的累积损坏； F 广义作用； Fed 与设计情形（设计值）对应的完整结构的作用集 ； FRd 在结构最大承载条件下的作用集的计算值（设计值）； rRk 特性基准抵抗力比（和下标一起使用以确认基础）： 定义为比率 (FRk / FEd)； rRpl 塑性基准抵抗力比（定义为使用MNA分析时关于设计荷载的荷载系数）； rRcr 临界抗屈曲力比（定义为使用 LBA 分析时关于设计荷载的荷载系数）； 注：注： 为了使整个EN 1993中的符号保持一致，基准承载力比符号用rRi 来代替 RRi。但是，为避免 误解，在这里需要说明的是：在壳体结构设计的专业领域广泛使用符号RRi 。 k 用于非线性分析的校准系数； k 屈曲强度相互作用表达式中的交互作用表达式的幂； n 荷载循环次数； 屈曲强度评估中的塑性缺陷折减系数； 屈曲相互作用下的塑性范围系数； 分项系数； 涉及交替或循环作用时的参数范围； p 塑性应变； 屈曲相互作用指数； 壳体的相对细长度； ov 整个壳体的总相对细长度 （若干节段）； 0 挤压极限相对细长度（ 值，高于此值，会出现因不稳定性或几何形状变化而产生的 抵抗力折减）； p 塑性极限相对细长度（ 值，低于此值，塑性会影响稳定性）； EN 1993-1-6:2007(E) 18 壳体的相对长度参数； 屈曲强度评估中的弹塑性效应的屈曲折减系数； ov 整个壳体的总抗屈曲力折减系数。 (13) 下标： E 应力或位移值（由设计作用引发）； F 作用； M 材料； R 承载力； cr 临界屈曲值； d 设计值； int 内部； k 特征值； max 最大值； min 最小值； nom 公称值； pl 塑性值； u 极限； y 屈服。 (14) 更多符号在首次出现时即给出定义。 1.5 符号法则符号法则 (1) 向外方向正值：内部压力正值，向外位移正值，但(4)中所指出的除外。 (2) 拉伸应力正值, 但(4) 中所指出的除外。 注：注：在 EN 1993-1-1里压缩被当作正号处理。 (3) 如图 1.1 和 D.1中所示，剪应力为正号 (4) 为简单起见，在第8节和附录D中，压应力被视为正值。在这些情形下，当这些应力出现时， 外部压力和内部压力都被视为正值。 EN 1993-1-6:2007(E) 19 2 设计基础和建模设计基础和建模 2.1 概述概述 (1) P设计基础应与EN1990中所述一致，以下为其补充部分。 (2) 特别是，壳体的设计应确保其将能够承受所有作用并且满足以下要求： 总体平衡； 作用、内部力和力矩之间的平衡，参见第6节和第8节； 循环塑化作用引起的裂缝限值, 参见第7节； 疲劳引起的裂缝限值，参见第9节； (3) 壳体设计应满足相关应用标准（EN 1993中的第3.1、3.2、4.1、4.2和4.3部分）中规定的适用性 要求。 (4) 可使用测试辅助设计使壳体比例。在适当的时候，相关的应用标准（EN 1993中的3.1、3.2、4.1、 4.2和4.3）中列出了要求。 (5) 通过按EN 1991和 EN 1993中第3.1、3.2、4.1、4.2和4.3部分所述使用其设计值，应适当地引入 所有作用。 2.2 分析类型分析类型 2.2.1 概述概述 (1) 根据极限状态和其它考虑事项，如第4节详述，应使用一种或多种以下类型的分析： 整体分析，见2.2.2节； 薄膜理论分析，见2.2.3节； 性线弹性壳体分析，见2.2.4节； 线性弹性分支分析，见 2.2.5节； 几何非线性弹性分析，见2.2.6节； 材料非线性分析，见2.2.7节； 几何和材料非线性分析，见2.2.8节； 包括缺陷的几何非线性弹性分析，见2.2.9节； 包括缺陷的几何和材料非线性分析，见2.2.10节。 EN 1993-1-6:2007(E) 20 2.2.2 整体分析整体分析 (1) 在整体分析中，对于结构的某些部分使用简化处理。 2.2.3 薄膜理论分析薄膜理论分析 (1) 在满足以下条件的前提下，应仅使用薄膜理论分析： 当将壳体内的应力传递到支点反力而未引起显著弯曲效应时，边界条件是适当的； 壳体几何形状平稳变动（无不连续现象）； 荷载平稳分布（没有集中荷载或集中负荷）。 (2) 在边界处或不同形状的壳体节段之间或承受不同荷载的壳体节段之间，薄膜理论分析无需实现 变形协调性。但是，膜力的合力区域满足主应力的要求 (LS1)。 2.2.4 线性弹性壳体分析线性弹性壳体分析(LA) (1) 理论线性来自于线性弹性材料法则和线性小挠度理论的假设。小挠度理论意味着假定的几何形 状仍然是未变形结构的几何形状。 (2) LA分析满足变形协调性和平衡。薄膜应力和弯曲应力的合成场满足主应力和次应力的要求。 （LS2 和 LS4）。 2.2.5 线性弹性分支分析线性弹性分支分析(LBA) (1) 满足2.2.1中关于材料和几何形状的条件。但是，假定在无几何形状变化、无荷载作用方向变化 以及无材料劣化等条件下，此线性分支分析得出最低特征值，在此值下壳体可能屈曲成不同变 形模式。忽略所有类型的缺陷。此分析得出弹性临界抗屈曲力rRcr ，见8.6 和8.7 （LS3）。 2.2.6 几何非线性弹性分析几何非线性弹性分析(GNA) (1) 在包含了由于加载导致的结构几何形状变化的条件下，GNA分析满足挠度平衡和相容性要求。 应力的合力场与主应力和次应力的定义相匹配（LS2）。 (2) 若压应力或剪应力在壳体的某些部分起主导作用，则GNA分析给出可能有助于检查极限状态 LS3的理想结构（包括几何形状变化）的弹性屈曲荷载，见8.7。 (3) 若将此分析用于屈曲荷载计算，必须检查系统的特征值，以确保数字处理过程能够找出荷载路 径的分支。 2.2.7 材料非线性分析材料非线性分析(MNA) (1) MNA分析的结果给出了塑性极限荷载，其可理解为荷载FEd。设计值的荷载放大系数rRpl。此分 析提供了8.6和8.7中所用的塑性基准承载力比rRpl 。 EN 1993-1-6:2007(E) 21 (2) MNA也可用于检验极限状态 LS1。 (3) MNA分析也可用于得出循环荷载的一次循环过程中的塑性应变增量，此增量可用于检验极 限状态LS2。 2.2.8 几何和材料非线性分析几何和材料非线性分析(GMNA) (1) 与 2.2.7类似，GMNA分析的结果给出了理想结构的几何非线性塑性极限荷载和塑性应变增量 的，其可用于检验极限状态LS1和LS2。 (2) 若压应力或剪应力在壳体某些部分起主导作用，则GMNA分析会给出可能有助于检验极限状态 LS3的理想结构的弹塑性屈曲荷载。见8.7。 (3) 若将此分析用于屈曲荷载计算，则应检查系统的特征值，以确保数字处理过程能够找出荷载路 径的分支。 2.2.9 包括缺陷的几何塑性非线性弹性分析包括缺陷的几何塑性非线性弹性分析(GNIA) (1) 若壳体内的压应力或剪应力处于主导地位， 则使用GNIA分析。 此分析给出了可能有助于检验极 限状态LS3的缺陷结构的弹性屈曲荷载，参见8.7。 (2) 若将此分析用于屈曲荷载计算（LS3），则应检查系统的特征值，以确保数字处理过程能够找 出荷载路径的分支。务必小心确保局部应力不超过材料非线性可能会影响性能时的数值。 2.2.10 包括缺陷的几何和材料非线性分析包括缺陷的几何和材料非线性分析(GMNIA) (1) 若壳体内的压应力或剪应力占主导地位，则使用GMNIA分析。此分析给出了可能用于检验极限 状态LS3的“真正”缺陷结构的弹塑性屈曲荷载，参见8.7。 (2) 若此分析用于屈曲荷载计算，则应检查系统的特征值，以确保数字处理过程能够找出荷载路径 的分支。 (3) 若此分析用于屈曲荷载计算，则应始终进行额外的理想壳体GMNA分析，以确保确定出结构体 系的缺陷敏感度。 2.3 壳体边界条件壳体边界条件 (1) 设计计算中假定的边界条件的选择应确保其达到了实际构造的真实模型或保守模型。不仅应特 别注意与壳体壁（挠度）垂直的位移约束，还应特别注意壳体壁（经向和圆周向）平面内的位 移约束，因为这些约束对壳体的强度和屈曲抗力都有重要影响。 (2) 在壳体屈曲（特征值）计算（极限状态LS3）中，边界条件的定义应指屈曲过程中的增量位移， 而不是屈曲前外加作用导致的总位移。 (3) 壳体的连续支撑下边缘处的边界条件应考虑是否防止壳体的局部隆起。 (4) 在短壳体里以及在计算较长壳体的次应力时，应特别考虑壳体边缘旋转 （根据极限状态LS2 和LS4）。 EN 1993-1-6:2007(E) 22 (5) 在计算机分析和从附录AD中选择表达式时，应使用5.2.2中规定的边界条件。 (6) 接缝处的壳体节段之间的结构连接件应确保满足在单个壳体节段的设计中用到边界条件假设。 3 材料和几何形状材料和几何形状 3.1 材料特性材料特性 (1) 应从相关应用标准中获得钢的材料特性。 (2) 若涉及带非线性应变曲线的材料并在应力设计下进行屈曲分析（参见8.5），应用折减值代替杨 氏弹性模量E的初始正切值。若无更好的方法可用，则在评估弹性临界荷载或弹性临界应力时， 应使用0.2%试验应力时的正割模量。 (3) 使用材料非线性进行整体数值分析时，应使用0.2%试验应力来表示所有相关表达式中的屈服强 度fy 。应从EN 1993-1-5 附录C中得出碳素钢的应力-应变曲线，而从EN 1993-1-4 附录C中得出 不锈钢的应力-应变曲线。 (4) 材料特性适用于温度不超过 150C时。 注注: 国家版附录中可给出关于温度超过150C时的材料特性的资料。 3.2 几何数据的设计值几何数据的设计值 (1) 壳体的厚度 t 应取相关应用标准中所定义的值。若没有相关的应用标准，则应使用被腐蚀损失 规定值折减的壳体壁的标称厚度。 (2) 在可能适用此标准的规则的厚度范围内，厚度范围的定义见相关的EN 1993应用部分。 (3) 壳体的中面应取荷载的基准面。 (4) 壳体的半径 r 应取壳体中面的标称半径(在与旋转轴垂直的情况下测得)。 (5) 本标准的屈曲设计规则应适用于第8节或附录D或相关的EN 1993应用部分中规定的r/t比范围 内。 3.3 几何公差和几何缺陷几何公差和几何缺陷 (1) 由于适用性要求，壳体表面几何形状与公称值的偏差的公差值在施工标准中已定义。相关的项 目有： 不圆度（与圆度的偏差）， 偏心（与穿过板间接缝的壳体垂直的方向上的连续中面的偏差）， 局部凹痕（与名义中面的局部正态偏离）。 注：注： EN 1090中规定了施工标准，但是由于壳体的公差测量形式、幅值和估算承载力之间的关 键关系，这里也给出了关于这些公差的更完整说明。 EN 1993-1-6:2007(E) 23 (2) 若屈曲极限状态（LS3，如4.1.3中所定义）是将要考虑的承载能力极限状态之一，则必须遵守 附加的屈曲相关几何公差，以保持规定限值范围内的几何缺陷。在第8节或相关的EN1993应用 部分对屈曲相关几何公差进行了量化。 (3) 正如利用整体GMNIA分析进行的屈曲设计（参见8.7）中的几何缺陷假设（整体缺陷或局部缺 陷） 中所要求的， 壳体表面几何形状与标称几何形状的偏差的计算值应来自于规定的几何公差。 相关规则见8.7 节或相关的EN 1993 应用部分。 EN 1993-1-6:2007(E) 24 4 钢壳的承载能力极限状态钢壳的承载能力极限状态 4.1 要考虑的承载能力极限状态要考虑的承载能力极限状态 4.1.1 LS1：塑性极限：塑性极限 (1) 应将塑性极限的极限状态视为这样一种状态，即：在此状态下，由于材料屈服而导致结构对施加 于其上的作用的承载能力已耗尽。处于塑性极限状态的结构提供的承载力可来自于基于小位移理 论机制而得出的塑性破坏荷载。 (2) 应将拉裂极限状态视为这样一种状态，即：在此状态下壳体壁经历了毛截面拉断，导致壳体的两 部分分离。 (3) 在不存在紧固件孔的情况下，可假定塑性极限状态检验中包含了拉裂极限状态的检验。但是，存 在紧固件孔的情况下，应按照 EN 1993-1-1中的6.2节进行补充检验。 (4) 检验塑性极限状态时，可假定结构的塑性或部分 塑性性能（即：可忽略弹性协调方面的因素）。 注：注： 这种极限状态的基本特征是：在没有利用结构的几何形状或材料应变硬化中的显著变化时， 所承受（承载）的荷载或作用不会增加。 (5) 检验LS1时，应对所有相关的荷载组合予以考虑。 (6) 检验LS1时，应使用以下一个或多个分析方法（参见2.2），以计算设计应力和应力合力： 薄膜理论； 附录A和B中的表达式； 线性弹性分析（LA）； 材料非线性分析（MNA）； 几何和材料非线性分析（GMNA）。 4.1.2 LS2：循环塑性：循环塑性 (1) 应将循环塑性的极限状态视为这样一种状态，即：在此状态下，加载和卸载的重复循环会在同一 点产生受拉屈服和受压屈服，这样会导致在结构上重复做塑性功，最终会由于材料的能量吸收能 力的耗尽而导致局部破裂。 注：注：与此极限状态相关的应力在所有作用的组合和结构的协调条件下产生。 (2) 检验LS2时，应考虑可导致屈服以及在结构使用寿命内作用时间大于三次的所有可变作用（如外 加荷载和温度变化）。 (3) 检验此极限状态时，应考虑弹性或弹塑性条件下的变形协调。 (4) 检验LS2时，应将以下分析方法（参见2.2）中的一种或多种用于设计应力和应力合力的计算： EN 1993-1-6:2007(E) 25 附录C中的表达式； 弹性分析（LA或GNA）； 确定弹性应变范围的MNA或GMNA 。 (5) 如采用了本标准中规定的方法，则可假定要防止低循环疲劳破坏。 4.1.3 LS3：屈曲：屈曲 (1) 应将屈曲极限状态视为这样一种状态，即：在此状态下，结构的所有或部分突然产生与壳体表面 垂直的较大位移，此位移由壳体壁内的受压薄膜或剪切薄膜应力下的稳定性丧失所引起，导致结 构无法承受任何应力合力的增加，并有可能导致结构完全倒塌。 (2) 在检验LS3时，应将以下分析方法（参见2.2）中的一种或多种用于设计应力和应力合力的计算： 仅适用于轴对称条件的薄膜理论（对于例外情况，参见相关的EN 1993应用部分）； 附录A中的表达式； 线性弹性分析 （LA） ， 是在一般荷载条件下应力分析的最低要求 （除非附录A中规定了荷载情况） ； 线性弹性分支分析（LBA），如要使用临界屈曲抗力，则此分析对于一般荷载条件下的壳体是必 要的； 材料非线性分析 （MNA） ， 如要基准塑性承载力， 则此分析对于一般荷载条件下的壳体是必要的； GMNIA，连同MNA、LBA和GMNA，都使用了适当的缺陷和计算得出的校准系数。 (3) 检验LS3时，应对导致壳体内受压薄膜或剪切薄膜应力的所有相关荷载组合予以考虑。 (4) 由于极限状态LS3下的强度在很大程度上取决于建筑质量，所以强度评估应考虑到施工公差的相 关要求。 注注：鉴于此目的，在第8节中给出了名为“制作质量类别”的三类几何公差。 4.1.4 LS4：疲劳：疲劳 (1) 应将疲劳极限状态视为这样一种状态，即：在此状态下，增加和减少的应力重复循环导致产生疲 劳裂缝。 (2) 检验LS4时，应将以下分析方法（参见2.2）中的一种或多种用于设计应力和应力合力的计算： 附录C中的表达式，使用了应力集中系数； 弹性分析（LA或GNA），使用了应力集中系数。 (3) 检验LS4时，应考虑所有可变作用，这些可变作用按EN 1993-3或EN1993-4相关应用部分所述，根 据EN 1991中的相关作用谱，将会在结构的设计寿命期限内施加，施加次数大于Nf 。 注注： 国家版附录中可选择Nf 的值。建议值Nf = 10000。 EN 1993-1-6:2007(E) 26 4.2 壳体极限状态设计的设计方案壳体极限状态设计的设计方案 4.2.1 概述概述 (1) 应使用以下任一设计方案进行极限状态检验： 应力设计； 通过使用标准表达式进行的直接设计； 利用整体数值分析进行的设计（例如，通过诸如基于有限元法的计算机程序）。 (2) 应考虑到由壳体内不同的应力分量引起的弹塑性材料反应对于破坏模式和承载能力极限状态有 不同的影响。因此，应将应力分量归于限值不同的各应力类别中。应把为满足平衡要求而产生的 应力视为比垂直于壳体的变形协调引发的应力更重要。可将建筑细节设计中由缺口效应引起的局 部应力假定为对静态荷载承载力影响较小，可忽略。 (3) 应力设计中明确区分的应力类别有主应力、次应力和局部应力。在适当的时候，主应力和次应力 状态可由应力合力取代。 (4) 在整体分析中，主应力和次应力应由极限荷载和循环荷载的应变范围取代。 (5) 一般说来， 可假定主应力状态控制LS1， LS3在很大程度上取决于主应力状态但可能受次应力状态 影响，LS2取决于主应力和次应力状态的组合，而LS4由局部应力控制。 4.2.2 应力设计应力设计 4.2.2.1 概述概述 (1) 若使用应力设计方法，则应按以下三种应力类别评估应力状态：主应力、次应力和局部应力。一 般说来，对某一点处的von Mises等效应力进行分类，但是使用此值无法对屈曲应力进行评估。 4.2.2.2 主应力主应力 (1) 应将主应力视为与外加荷载保持平衡所需的应力系统。可根据任何实际允许静止的有限系统来计 算得出。当在大量点处整个壁厚度上主应力达到屈服强度时，应认为已达到塑性极限状态(LS1)； 这样仅应变硬化保留，或几何形状的改变将导致结构承载力的增加。 (2) 主应力的计算应建立在任何应力合力系统的基础之上，与结构平衡的要求一致。它也可考虑到塑 性理论的益处。 或者， 既然线性弹性分析满足平衡要求， 也可将其前置量用作为塑性极限状态(LS1) 的安全表示。可使用5.3中给出的任何分析方法。 (3) 因