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第31卷第10期2004年10月建筑技术开发BuildingTechniqueDevelopmentVol.31,No.10Oct.2004技术开发报道国内外钢结构设计规范的几点比较肖桂清1,2李茂华侯建国22(11湖北孝感学院,孝感432000;21武汉大学土木建筑工程学院,武汉430072)摘要以我国新修订的钢结构设计规范GB5001722003为基础,结合美国钢结构设计规范LRFD22001及欧洲钢结构设计规范EC3,对3本规范中拉、压杆的屈曲限值以及梁腹板受剪屈曲后强度的计算方法进行了计算分析和比较,有关分析结论可供工程技术人员了解国内外钢结构设计规范的技术水平和发展动态时参考。关键词屈曲限值;腹板;翼缘;屈曲后强度,张力场理论;通用高厚比中图分类号TU391文献标识码A文章编号10012523X(2004)1020001203COMPARATIVELYSTUDYTHEBUCKLINGLIMITATIONSOFCOMPRESSIONORTENSILEMEMBERSANDTHECALCULATINGMETHODOFPOST2BUCKLINGSTRENGTHOFTHESHEARWEBBEAMXiaoGui2qingLiMao2huaHouJian2guoAbstractOnthebasesofChinesenewnationalstandard,GB5001722003,combinedwithAmericanstructuralsteelcriterionandEuropeancriterionEC3,calculatedanalyzedandcomparedthebucklinglimitationsofcompressionortensilemembers,andthecalculatingmethodofpost2bucklingstrengthaboutthebeamthatsubjectedtoshearinitsweb.Therelevantconclusionprovidedtheengineeringtechnicianwithaconferencetolearnthedevelopmentandtheleveloftechniqueofthesteelstructurecriterionshomeandaboard.KeywordsBucklinglimitations;Web;Flange;Post2bucklingstrength;Tensionfieldtheory;Generalwebdepth2thicknessratio长期以来我国在工程项目建设中完全采用国标体系,与国际标准接触较少,使得我国工程技术人员不了解国际通用标准,也使得我们在国际市场处于劣势。而欧美等国一直致力于区域性国际合作,不断形成区域性国际标准并与ISO紧密联系。这就是为什么长期以来欧美标准在国际项目中占主导地位的原因。近年来,随着我国与世界其他国家合作的工程建设项目不断增加,迫切地需要我国工程技术人员去认识并熟悉欧美规范,同时不断完善我国的结构设计标准,并最终让国际世界了解并接纳我国的标准。以此为出发点,本文对中国钢结构设计规范GB5001722003、美国钢结构设计规范LRFD22001以及欧洲钢结构设计规范EC3关于拉、压杆的屈曲限值以及梁腹板受剪屈曲后强度的计算方法,进行了计算分析和比较,找出了3本规范的差异和共同之处,希望能收稿日期:2004-07-06作者简介:肖桂清(19662),女,湖北孝感人,讲师,武汉大学硕士研究生,主要从事工程结构基本理论与应用方面的研究。为我国工程技术人员了解欧美标准提供一点帮助。1拉、压杆屈曲限值的比较1.1拉、压杆容许长细比的比较拉、压构件的容许长细比值的限定,主要是避免构件柔度过大,避免在本身自重作用下产生过大的挠度和运输、安装过程中造成弯曲,以及在动力荷载作用下发生较大振动。对于受压构件来说,由于刚度不足产生的不利影响远比受拉构件严重。中外钢结构设计规范拉、压杆件的容许长细比的比较见表1。表1拉、压杆件的容许长细比GB5001722003LRFD22001EC3压杆150(200)拉杆300(350)压杆200拉杆300压杆180(250)(350)拉杆无由表1可以看出,对于受压构件的容许长细比,GB5001722003按不同的构件和受力情况分别取150和200,第10期肖桂清等:国内外钢结构设计规范的几点比较第31卷LRFD22001不分压杆受力情况均规定为200,较中国规范取值宽松;EC3对受压构件的长细比是按压杆的受力情况而取不同的值,除风载外各种承载构件的容许长细比不超过180;对只承受自重和风载的构件容许长细比不超过250;对通常起连杆作用的任何构件容许长细比不超过350;EC3主要受压构件的容许长细比的取值也较GB5001722003宽松。对于受拉构件的容许长细比,GB5001722003按不同的构件和受力情况分别取300和350;LRFD22001不分杆件受力情况均规定为300,较GB5001722003取值严格;而EC3对于受拉构件的容许长细比未作特殊的规定。1.2工形截面受压构件的尺寸限值在轴心受压情况下,腹板的高厚比h0tW的限值是根据两边简支、两边弹性嵌固的板在均匀压应力作用下,其屈曲应力等于构件的临界应力确定的。而翼缘板的自由外伸宽度与其厚度之比bt的限值是根据三边简支板在均匀压应力作用下,其屈曲应力等于构件的临界应力确定的。轴心受压构件的腹板和翼缘的尺寸限值见表2。表2轴心受压构件的腹板和翼缘的尺寸限值轴心受压规范代号腹板高厚比的最大值翼缘宽厚比的最大值h0tWbtGB5001722003(25+0.5)fy(10+0.1)fyLRFD22001无紧凑截面:0.38Efy非紧凑截面:0.95E(fyKc)EC31类截面为33fy1类截面为10fy2类截面为38fy2类截面为11fy注GB5001722003约相当于LRFD22001约相当于40fy11.25fy对于GB5001722003,由30100,所以腹板的高厚比的最大限值为40fy75fy;翼缘宽厚比的最大限值为13fy20fy。对于LRFD22001,取E=206103Nmm2,0.35Kc0.76,则LRFD22001中紧凑截面的翼缘宽厚比限值相当于11.25fy,非紧凑截面最大限值为16.64fy24.52fy。结合表2可以看出:对于腹板的高厚比的限值EC3较GB5001722003严格,而LRFD22001对腹板没有特殊的限值。对于翼缘宽厚比的限值EC3较严格,GB5001722003较宽松,而LRFD22001介于GB5001722003和EC3规范之间。由表2还可以看出,LRFD22001和EC3的限值都是根据不同的截面类型而取不同的值,而CB5001722003不分截面类型统一取值。2梁腹板受剪屈曲后强度计算方法的比较简支梁腹板设置横向加劲肋时,加劲肋与翼缘所围的区间在剪力作用下发生局部失稳后,主压应力不再增长,而主拉应力还可以随外荷载的增加而增加,因此还有继续承载的能力,这就是所谓的屈曲后强度。我国原钢结构设计规范(GBJ1721988)没有列入相关的条文,现行规范GB5001722003中增加了考虑腹板屈曲后强度的承载力计算的规定。GB5001722003对于腹板仅配置支撑加劲肋或有中间横向加劲肋的工字形截面焊接组合梁的屈曲后强度,其抗剪承载力设计值按下列公式计算:当s0.8时Vu=hwtwfv(1)当0.81.2时Vu=hwtwf1.2vs(3)其中:Vu梁的抗剪承载力设计值;s用于腹板受剪计算时的通用高厚比;tw腹板的计算高度和厚度;hw腹板高度;fv钢材的抗剪强度设计值。EC3规范工形截面腹板受剪屈曲后的抗剪承载力按下列公式计算:Vu=(h0twTbb)+0.9(gtwbbsin)M(4)220.5bb=fy-3Tbb+-=1.5Tbbsin2当w0.8时,Tbb=fy当0.81.25时,T(1-2wbb=w)fyg=h0cos-(a-Sc-St)sin其中:1.10KvEfy时,Vu=0.90.6fCyAwv+1.15+(ah)(6)其中:Kv腹板屈曲系数;Cv根据线性屈曲理论,腹板临界应力与腹板剪切屈服应力之比。从计算方法来看,3本规范对梁腹板受剪屈曲后强度的计算都采用了张力场理论。GB5001722003在进行抗剪承载力计算时,参考了EC3的简单屈曲后方法,计算s时采用嵌固系数1123,同时把EC3的张力场乘以折减系数018,而EC3第31卷肖桂清等:国内外钢结构设计规范的几点比较第10期不计嵌固系数;LRFD22001在计算张力场的大小时忽略周边框架的作用,认为张力场仅锚固在横向加劲肋上。下面通过例题来说明各规范的腹板抗剪承载力计算值的差异。已知某焊接工字钢梁,钢材Q235,hc=977mm,横向加劲肋间距a=2000mm,截面形式及计算简图如图1所示。试分别按GB5001722003、LRFD22001和EC3计算腹板考虑受剪屈曲后强度的抗剪承载力。构件和不同的受力情况分别取150和200,LRFD22001不分受力情况,统一取200,可见GB5001722003较严格;EC3按压杆的受力情况分别取180、250和350,其主要构件的取值比GB5001722003宽松。对受拉构件CB5001722003按不同的构件和不同的受力情况分别取300和350,LRFD22001不分受力情况,统一取300,较GB5001722003严格;而EC3对受拉构件未作特殊的长细比规定。建议在今后我国规范修订时,对于受压构件的长细比限值还可适当放宽。b)从工形截面受压构件和翼缘的最大宽度与其厚度之比的限值来看,LRFD22001和EC3的限值都是根据不同的截面类型而取不同的值,而GB5001722003不分截面类型统一取值。对于腹板的高厚比的限值EC3较GB5001722003严格,而LRFD22001对腹板高厚比没有给出限值。对于翼缘宽厚比图1截面形式及计算简图1-40014;2-200010;345014的限值LRFD22001较宽松,EC3较严格,而GB5001722003介于LRFD22003和EC3之间。c)从梁腹板受剪屈曲后强度的计算来看,3本规范都采按GB5001722003规范计算:由ah0=1,s=1.5261.2=1505.78kN得Vu=hwtwfv1.2s用了张力场理论。GB5001722003在计算腹板受剪时的通用高厚比时采用嵌固系数1.23,EC3不计嵌固系数;而LRFD22001在计算张力场的大小时也忽略了周边框架的作用,认为按EC3规范计算:w=1.6781.252Tbb=(1-w)fy=44.085张力场仅锚固在横向加劲肋上。通过例题比较,可以看出EC3的抗剪承载力计算结果较CB5001722003的小16.6%,LRFD22001的抗剪承载力计算结果较GB5001722003大1613%。取1.37EvEfy=134.1,Cv=0.362参考文献1钢结构设计规范(GB5001722003S.北京:中国计划出版社,20032EN1993Eurocode3DesignofsteelstructuresS3LoadandResistanceFactordesignSpecificationforStructuralSteelBuildingS.AISC,20014丁阳,刘锡良.钢结构设计规范(GB5001722002)焊接工字梁腹板得Vu=1751.2kN以V中、V欧、V美分别表示由GB5001722003、EC3和LRFD22001的计算结果,则V欧-V中)V中=-16.6%,(V美-V中)V中=16.3%的局部稳定和考虑屈曲后强度的计算J.建筑结构学报,2002,(6):522595曹平周,朱召泉.钢结构M.北京:科学技术出版社,20026王彦敏.中国现行钢结构规范(规程)与美国ASD规范的主要限值J.建筑结构,1999,(6):14215、297戴国欣,夏正中,黄友明.钢