DIN18800-2钢架结构-第二部分－对照线性构件和框架的翘曲值作安全性分析教学教材

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。DIN18800-2钢架结构-第二部分对照线性构件和框架的翘曲值作安全性分析-UDC693.814.074.5德国标准1990年11月钢架结构对照线性构件和框架的翘曲值作安全性分析DIN18800第二部分ICS该标准与1990年11月版的DIN18800第3部分共同取代1952年7月版的DIN4114第1部分及1953年2月版的第2部分。本条件中采用逗号作为十进位制标记，以与国际标准化组织（ISO）公布的标准准则相一致。在本标准中术语“荷载”是指作用于结构的外力。在含有“荷载”组分的合成术语中，它也是这

2、个意义（见DIN1080第一部分）。前言在线性构件和框架翘曲值的欧洲标准发布期间，标准DIN4114的第一部分和第二部分（分别为1952年7月版本和1953年2月版本）将同时保持其有效性。该标准是由建筑土木工程标准委员会08部和德国工程钢结构委员会共同制定的。基于设计原理和用公式化的安全性（与结构安全性要求有关的详细规范原理），修订后的系列标准DIN18800为工程师提供了切实可行的标准。该标准由建筑土木工程标准委员会于1981年发布，并且考虑到了与正在致力进行制定的欧洲标准的详细规范相协调。涉及DIN18800的第一部分和第三部分与1990年11月的版本有关。目录1、概述.应用的范围和领域.

3、原理.通用符号.极限状态分析.1.4.1概述.1.4.2根据弹性理论分析极限状态.1.4.3根据塑性铰理论分析极限状态.2、缺陷.2.1概述.2.2弧形缺陷.2.3摇摆缺陷.2.4假设初始弧形和共同扩张的初始偏斜缺陷.3.实体构件.3.1概述.3.2预计轴向的压缩力.3.2.1横向翘曲.3.2.2横向扭转屈曲.3.3没有共同存在的轴向力时，围绕一个轴的弯曲.3.3.1概述.3.3.2横向和扭转约束.3.3.3压缩凸缘的分析.3.3.4横向扭转屈曲.3.4存有共同扩张的轴向力时，围绕一个轴的弯曲.3.4.1易受到较小轴向力的构件.3.4.2横向翘曲.3.4.3横向扭转屈曲.3.5双轴弯曲中是否同

4、时存在轴向力.3.5.1横向翘曲.3.5.2横向扭转屈曲.4.单跨组合构件.4.1概述.4.2通用符号.4.3垂直于空隙轴的弯曲.4.3.1构件分析.4.3.2构件部分分析.4.3.3缀合构件嵌板的分析.4.4密集组合的缀合构件.4.5结构细化.22223355556678888888101212131314141515161616171717171819205.框架.5.1三角架.5.1.1概述.5.1.2承压框架构件的有效长度.5.2框架和侧向约束连续梁5.2.1由轴向力引起的微不足道的变形.5.2.2非摇摆框架.5.2.3支撑系统的设计.5.2.4框架和连续梁的分析.5.3易于横向位移的

5、摇摆框架和连续梁.5.3.1由轴向力引起的微不足道的变形.5.3.2平面摇摆框架.5.3.3非刚性连接的连续梁.6.拱形结构6.1轴向压力.6.1.1平面内的翘曲.6.1.2垂直面内的弯曲.6.2有共同存在的轴向力时，围绕一个轴的平面内弯曲.6.2.1平面内的翘曲.6.2.2平面外的弯曲.6.3设计拱形结构的荷载.7.横截面为薄壁部件的直排式构件7.1概述.7.2关于计算的基本原理.7.3弹性-弹性方法的有效宽度.7.4弹性-塑性方法的有效宽度.7.5横向翘曲.7.5.1弹性弹性方法的分析.7.5.2用近似法分析.7.6横向扭转屈曲.7.6.1分析.7.6.2轴向压力.7.6.3没有共同扩张的

6、轴向力时，围绕一个轴的弯曲.7.6.4存有共同扩张的轴向力时，围绕一个轴的弯曲.7.6.5存有或没有共同扩张的轴向力时的双轴弯曲.有关的标准和其它文件参考文献20202020222222232323232327272727303333333434343436373838383939393939394040*）这些用于欧洲代码3中的有关挠扭屈的术语，在设计分析文献中也有使用。具体请见本标准的第2页至第41页。1、概述1.1应用的范围和领域（101）极限状态分析本标准详细规定了有关易失去稳定性的线性钢构件和框架的翘曲阻力在极限状态的分析法。它和标准DIN18800第1部分一起应用。（102）使用能

7、力极限状分析如果在有关的标准中有特殊的要求，只要进行使用能力极限状态的分析即可。注意，参照标准DIN18800第1部分中的子目录7.2.3。1.2原理（103）翘曲翘曲是一种现象，在此现象中，一个构件发生了位移v或者w；或者围线它的主轴发生了旋转；或者两者同时发生。在横向翘曲和横向扭转屈曲之间通常有一个特征发生。（104）横向翘曲横向翘曲是一种现象，在此现象中一个构件发生了位移v或者w，或者两者同时发生；而任何围绕它的主轴发生的旋转是微不足道的。（105）横向扭转屈曲横向扭转屈曲是一种现象，在此现象中，一个构件在发生位移v或w的同时，围绕它的主轴发生了旋转，而且这后一种的旋转是不可忽视的。注意

8、，在垂直方向不发生位移的扭曲是横向扭转屈曲的一种特殊形式。通用符号（106）坐标系中的、位移参数、内力和弯矩、应力和弯曲vorhred注意：实际值减小的术语“本征值”和“设计值”的定义在标准DIN18800第1篇的子目录3.1中。（108）物理参数EGfy注意：弹性模数剪切模数屈服强度E，G，fy，k的值见标准DIN18800第篇中的表格1。图1.坐标系中的位移参数和内力和弯矩（109）截面参数AIi=ITIWNpLMpLMeLpL=注意：横截面面积惯性矩回转半径扭曲常数翘曲常数弹性截面模数在理想塑性状态下的轴向力在理想塑性状态下的弯矩在横截面的最临界部位，应力达到屈服强度时的弯矩塑性形状系数

9、泊松比弯矩比当塑性充分有效时，即使在一定的状况下（例如，在某些角度和沟槽处），小块区域可能呈现弹性状态，这时仍可以应用术语“理想塑性状态”。xy,zu,v,wv0,w00NMy，MzVy,Vz沿构件的轴（主轴）横截轴（在实体构件中，Iy不应小于Iz）沿x轴，y轴和z轴方向的位移。围绕x轴旋转的角度在无荷载状态下构件的原始弧形弯曲度在无荷载的状态下，构件或框架的原始旋转角度轴向力（压缩力为正值）弯矩剪力（110）结构参数LNKiS=系统（或构件）长度最小分叉点处的轴向力与Nki关联的线性构件的有效长度*）（107）下标和前缀Kdgrenz参数的本征值参数的设计值用作一个参数的前缀，表示这是一个极

10、限值（例如最大的许可值）K=长细比a=基准长细比1.4.1概述（112）分析方法该分析法应采用表1中所给出的方法之一，并计及下列因素：材料的塑性（参见113项）缺陷（参见第二款114项）内力和弯矩（参见115项和116项）变形的影响（参见116项）滑移（参见118项）横截面的结构作用（参见119项）扣除横截面中的空隙（参见120项）为了简化起见，横向翘曲和横向扭转屈曲可以分别于以验算，先进行横向翘曲的分析，再作横向扭转屈曲的分析，由此，在以下的情况中，将结构系统作为一个整体来考虑，把构件抽象地从结构系统中单选出来，承受着作用于该构件端上的内力和弯矩，并且认为该构件上受到的作用力是被隔离的。关于

11、采用的是一阶理论还是二阶理论的详细说明，在有关的分析方法中一並给出。在第3至第7项中阐述的分析方法可以作为表格1的比较方案。表1.分析方法方法计算内力和弯矩阻力根据1弹性弹性弹性理论弹性理论2弹性塑性弹性理论塑性理论3塑性弹性塑性理论塑性理论注意1.关于弹塑性分析的详述，在本标准中没有提供（参见1），而这在原则上是允许的。注意2.在标准DIN18800第一篇的表11中，通用术语“作用力”被“作用力产生的内力和弯矩”所代替。注意3.假设将单独的构件抽象地从结构系统中单选出来时，必须考虑到约束条件，就是要检验横向扭转屈曲。注意4.表2中列出的简化法可以替代条款3和4中的方法。（113）材料要求使用

12、的材料应具有充分的塑性，计算中便可以用线性的理想弹性塑性应力应变性状来代替实际的性能状态。注意.在标准DIN18800第一部分401项中的第一章和第二章中标出的等级钢都具有充分的塑性。=在压缩下的无量纲细长度x欧洲采用的与标准弯曲曲线相对应的折减系数=l构件特征函数系统的分配系数_*)译者注意，该设计分析中使用的术语在欧洲代码3中的术语名称是“弯曲长度”。Mki,y在设有共同扩张的轴向力的My时，依据弹性理论的设计压曲阻力弯矩M=弯曲时的无量纲细长度xM横向扭转屈曲折减系数注意1.在横截面不均匀或轴向力变化时,在构件中进行极限分析的点位处,应求出(EI)，ki,k。在难以确定点位时，要对多个点

13、位进行极限分析。（参见316项）注意2.厚度在40mm或40mm以下的钢材，其基准长细比a的值如下：92.9(St37，fy，K=240N/mm2)75.9(St52,fy，K=240N/mm2)注意3.计算平面内的长细比采用了fy，(EI)，ki,和Mki的数值，无论是它们的特性值或它们的设计值，在条款116项和117项中都有详细的说明。注意4.对于一个非抗摆框架的所有构件而言，ki是同等重要的。注意5.在横截面不均匀或内力和弯矩变化时，对进行极限状态分析的点位处，要计算出Mki，在难以确定点位时，要对多个点位进行分析。（111）分部安全系数yF作用力分部安全系数yM阻抗力分部安全系数注意y

14、F和yM的数值从标准DIN18800第一篇的条项7中获取。这时取yM等于1.1，连同屈服强度和刚性（例如：EI，EA，GAs和S），便可进行极限状态分析了。1.4极限状态分析表2.简化的极限状态分析内力和弯矩破坏模式简化分析法在细分类时在方程式中1实体构件N横向翘曲3.2.132N横向扭转屈曲3.2.233My横向扭转屈曲3.3.23.3.33.3.47,8,12,14,16,214N+My横向翘曲3.4.2245N+Mz横向翘曲3.4.2246N+My横向扭转屈曲3.4.3277N+My+Mz横向翘曲3.5.128,298N+My+Mz横向扭转屈曲3.5.2309组合构件N横向翘曲4.331

15、至3810N+Mz横向翘曲4.3（114）缺陷为了考虑几何和结构缺陷的应力作用，需要做一些合理的假设（如在条款2中所简述的）。注意.典型的几何缺陷是随机的荷载对设定的几何方向出现偏心和偏差，典型的结构缺陷是残余应力。（115）内力和弯矩构件有效点处的内力和弯矩应被予以计算，作为设计的基础。为了简化起见，在内力和弯矩的标志中略去指标符d。注意.标准DIN18800第一部分中的子目录7.21和7.22中给出了计算作用力设计值的详细规则。(116)结构变形的影响根据二阶理论计算内力和弯矩时，考虑到变形对平衡的影响，通常都留有裕量。特性钢度值通过分割横截面的标称特性值，部分安全系数yM等于1.1时的特

16、征弹性和剪切模数求得，并把它作为设计钢度值用于计算中。由剪切力产生的应力所造成的变形影响，一般情况下可以忽略不计。注意1.例如，根据二阶理论计算內力和弯矩时，构件特征值，和分配系数ki应由设计钢度(EI)d算出。注意2.当需要决定是否将计算方法基于二阶理论时，请参考标准DIN18800第一篇739款中给出的准则。注意3.变形发生的又一种原因是连接处的可延性。注意4.由剪切力的应力产生的变形应该被考虑。这一点在有关组合构件的条款4中有详细规定。（117）基于设计作用力乘以yM的分析关于条款115和116的详细规范中说明的偏差，內力和弯矩及变形可以用作用力的设计值乘以1.1的部分安全系数yM计算出

17、来。在这种情况下，可以用特征强度和钢度来进行极限状态的分析。在条款3至7的公式中用这些下标为k的取代下标为d的设计阻力。注意1.例如，应该用特征钢性，(EI）k来计算和ki。注意2.本项中提到的替换作业尤其适用于条款5、6、7中阐述的整体分析，此外还可被用于条款3和4中的模拟分析。如果yM被配给阻力，将会得到同样的结果。为了避免混淆的风险，在分析中必须明确说明，采用了替换作业。注意3.阻力参数参见标准DIN18800第一篇中的7.3.1项。（118）滑移在易于失去稳定性的构件和框架中，安全螺栓和预压安全螺栓连接中的滑移应当被考虑。其数值在标准DIN18800第一篇813项中有专门说明。（119

18、）有效横截面如果受压部分的全部横截面都被计算，那末它们的几何面积应该遵照标准DIN18800第一篇中详细规定来计算极限值grenz(blt)和grenz(dlt)。如果是薄壁构件，则不采用上述的值，而要分析单独构件的横向翘曲带有共同扩张的平板弯曲或者是横向扭转屈曲並具有共同扩张的平板弯曲。在标准DIN18800的第3篇或第4篇的条款7中有详细规范。注意1.grenz(blt)的值因选择的分析方法不同而异（见表1）。标准DIN18800第一篇的表格12，13，15和18中给出了平板横截面的单独构件的grenz(blt)值。注意2.在标准DIN18800第一篇的表格14，15和18中给出了环形空心

19、截面的grenz(dlt)值。那些不遵照这些限制的环形空心截面的几何截面分析法未包括在本标准中。（120）扣除空穴如果造成早期局部损坏的变形因素能够被排除，那末在计算内力和弯矩时，不需要扣除空穴。1.4.2根据弹性理论分析极限状态（121）分析如果根据弹性理论分析内力和弯矩所得的结果显示，该结构是平衡的，并且符合下列二种应用情况之一，那末它的负荷能力可以被认为是足够的。故障标准不高于设计屈服强度fy，d（采用弹性弹性方法）。条款117中的相关详细规范采用的是模拟方法。在孤立的点，故障标准可以高于设计屈服强度10%（参见标准DIN18800第一篇749项）。内力和弯矩（作为预期考虑的相互作用）在

20、理想塑性状态规范的限度内（采用弹性塑性方法）。注意1.关于fy，d参见标准DIN18800第一篇746项。注意2.弹性塑性方法适用于横截面中的塑性化。这样的横截面由于极限的扭转约束，可能在一个或更多的点处发生塑性断层。这使得该横截面的塑性性能能得到充分的利用，但这不适用于结构。注意3.该分析用相互作用方程式进行计算（参见标准DIN18800第一篇中的表16和表17）。（122）双轴弯曲中的内力和弯矩当发生双轴弯曲，带有或没有共同扩张的轴向力，但没有扭转时，产生的内部横向力和弯矩可以这样确定：叠加由作用力引起的内力。这些作用力产生了弯矩My和横向力Vz，继而又产生弯矩Mz和横向力Vy。在这两种情

21、况下，都需要计算由所有作用力引起的总轴向力的。（123）极限塑性形状系数当与弯曲轴线关联的塑性形状系数大于1.25，并且一阶理论的原理不能被应用时，在一个理想塑性构件横截面中，由共同扩张的垂直和横向力产生的阻力弯矩，应减小一个等于1.25的因子pL。如果pLy大于1.25或者pL,z大于1.25，二个双轴弯曲弯矩中的每一个都应同样按照上述原则处理。注意.如果不减小这个阻力弯矩，实际弯矩会增加一个等于pL/1.25的因子。1.4.3根据塑性铰理论分析极限状态（124）如果根据塑性铰理论进行的分析显示，内力和弯矩（考虑到相互作用）在理想塑性状态（采用塑塑性方法）规范的限度内，那末承重能力可以被认为

22、是足够的，而只有当结构是平衡时，才可以这样认为。条款123给出了限制塑性形状系数的有关信息。注意.标准18800第一篇中的表16和17给出了相互作用方程式。2.缺陷2.1概述（201）缺陷容差如果几何上的和结构构件框架缺陷会造成更大的应力，那末就需要对这种影响作出容差。为此，要设想出等量的几何缺陷，对于初始的弧形缺陷（见子项2.2）和初始的摇摆缺陷（见子项2.3）要区别对待。注意1.等效几何缺陷可以被依此计算，这里假设与等效荷载相一致。注意2.同几何缺陷一样，等效几何缺陷也包括了残余应力的平均最大荷载的影响。这些残余应力是由旋卷，焊接，矫直加工，材料的不均匀和塑性区的分布而产生的。其他可能影响

23、最大荷载的因素，诸如紧固件的可延展性，框架的弯角和基础以及剪切变形，都还未被包含进去。采用弹性弹性方法，在子目录2.2和2.3中详细规范的等效缺陷的值，仅取其2/3为预定值。而在子目录4.3中详细规范的组合构件的极限状态分析中，则要采用全部的弧形缺陷，见表3中的第5行。注意1.考虑到横截面的塑性性能未被充分利用的实际情况，所以减小了其1/3的值；而同时采用了弹性弹性和弹性塑性二种方法，目的是为了对同一个对象的平均最大荷载求得其平均值。注意2.子目录4.3中进行的分析是基于由实验或计算得出的极限荷载。这也验证了表3第5行中列出的弧形缺陷值（参见条款402下的注意项）。条款3和7中的所表述的简化分

24、析中已经包含了等效缺陷。（202）等效缺陷假设发生在最小有利方向的等效几何缺陷，应该是最适合与最小本征值相关联的变形模式的。等效缺陷不需要与结构的约束条件相一致。对于由共同扩张的轴向力引起的围绕唯一轴弯曲所产生的横向翘曲，弧形缺陷只需要被假使为在压曲发生的每一个方向是v0或w0。对于由共同扩张的轴向力引起的双轴弯曲所产生的横向翘曲，等效缺陷只需要被假使为在压曲发生的方向，而该压曲是由于构件在轴向的压缩引起的。在横向扭转屈曲的情况下，弧形缺陷可以被假设为0.5v0(参见表3)。（203）在特殊作用力下的缺陷在其它相关的标准中制定了特殊作用力下的详细规范。它们是整体分析的基础，与本标准中的条款有所

25、不同。注意.在条款3至7中，没有包括与特殊作用力有关的缺陷。2.2弧形缺陷（204）单独的构件，组成非摇摆框架的构件，以及条款207中规定的构件，一般都可以被假设为具有图2和表3中表示的初始弧形缺陷。图2.二次抛物线或正弦半波形状的构件的初始弧形缺陷如果构件已经达到了标准DIN18800第一部分的739项中详细规范的标准，那末就不需要假使弧形缺陷了。表3.弧形缺陷构件类型弧形缺陷wo,vo1紧固的构件，横截面带有以下弯曲曲线al/3002bl/2503cl/2004dl/1505组合构件，分析见子条款4.3l/500注意.拱梁的弧形缺陷见表23图3.图2中表示的弧形缺陷的等效平衡力（假使为平衡

26、状态下）图4.设想的弧形缺陷（例子）2.3摇摆缺陷（205）假设当构件和框架在受压状况下，变形后会有发生扭曲的倾向时，便假设会发生图5中所示的摇摆缺陷。如果标准DIN18800第一篇的739项中给出的一阶理论的标准适用的话，可以假设减小该摇摆缺陷。在上图中，L或Lf是构件或框架的长度，0或0，f是构件或框架的摇摆缺陷。图5.理想的构件或框架（链式细线排列），和带有初始摇摆缺陷的构件或框架（连续粗线排列）初始摇摆缺陷一般按下列方法计算（参见标准DIN18800第一部分730项）：实体构件：0=1/200(r1r2)(1)b)图20和21中所示的和子目录4.3中所述的组合构件：0=1/400(r1

27、r2)(2)这里r1=r1是被应用于构件或框架的变形因素，其中L或Lf是构件或框架的长度,对压力的作用有相反的影响，它们大于五米。单一构件变量0.1=r20.2=r2r1n=2图6.框架的初始摇摆缺陷（例子）r2是一个构件或框架的摇摆缺陷的n个独立变量的变形因素。计算r2时n通常是指所研究平面每层立柱的个数，但并不包括受轴向力作用较小的立柱。比如所受的轴向力小于同层或平面所受的最大载荷的25%的立柱。注意1.因为在计算多层框架的扭断时，初始摇摆缺陷假定在所研究层中具有最大的反作用，每层的高度，比如立柱的总长度L应该由该层计算r1的立柱的长度代替。在其他的层，结构的高度可能由L代替（参照图6）。

28、注意2.摇摆缺陷的偏差也可能与等同水平作用力等效。图7.用等效的水平力来代替初始摇摆缺陷0(假定平衡)。注意3.由于螺纹滑动引起的摇摆也要考虑进去。（比较第118项）注意4.折减系数r2在类推为横梁提供额外稳定性的顶部支撑时也可能用到。（206）支撑系统的摇摆缺陷分析支撑系统立柱的摇摆缺陷分析方法应该和框架类型的横梁立柱的摇摆类型相同。这些方法同样也适用于悬臂梁和提供额外稳定性支撑系统。2.4假设弯曲和摇摆缺陷同时存在（207）框架中的构件变形后可能存在摇摆偏差，且特性系数大于1.6,这时在不利方向的初始弧形弯曲和摇摆缺陷同时存在。图8.假设初始弧形弯曲和初始摇摆缺陷同时存在（例子）3实体构件

29、3.1概述（301）范围在3.2到3.5将对单个构件和框架构件详细分析，通常把它们从系统中隔离出来，单独分析。横向翘曲和横向扭转屈曲要分开处理。注意.如果构件被抽象隔离出来，必须考虑相关特殊构件的实际约束条件。（302）横向翘曲因为在3.2到3.5的对横向翘曲的详细分析包括了两种类型的缺陷和二阶影响，所以应该以一阶理论中的初始力和扭矩为基础来计算。注意1.本文中，公式(3)，(28)，(29)的结合就是一阶理论关于摇摆模式有效长度的计算（简称为等效构件方法）。注意2.在对从框架中抽象隔离出来的构件进行等效构件方法时，还要考虑条款3.4.2,3.5.1和5.3.2.3的内容。（303）横向扭转屈

30、曲从系统中抽象隔离出来单独考虑的构件也要进行横向扭转屈曲分析。它们端点的扭矩需要由二阶理论来确定，然后根据一阶理论用这些端点扭矩来计算非端点处的扭矩。以下情况并不要求横向扭转屈曲分析：-中空部分；-含有足够横向和扭矩约束的构件；-设计成弯曲的构件，假如无量纲细M长度不超过0.4。注意.可以根据子条款3.3.2来验证约束是否满足条件。3.2轴挤压设计3.2.1横向翘曲（304）分析在弯曲发生的方向上采取极限状态分析，根据公式(3)。(3)折减系数x(i.e.xyorxz)是挤压时无量纲细长度k和交叉部分弯曲曲线的函数，可以由公式(4a)和(4c)得到。其中弯曲曲线可以由表5查得。：x=1(4a)

31、：(4b)当3.0时，x可简化为(4c)其中的值可以从表4获得。表4.计算折减系数x时的参数a挤压曲线abcda0.210.340.490.76注意1.本文给出了计算k时所需要的有效长度。图9给出4种简单的情况，其他的情况可参照图27和图29。在一定的情况下构件所受载荷的方向会发生改变，计算有效长度时这种因素也要考虑进去，可参照图36到39。图9.单个构件交叉部分的有效长度（例子）。注意2.可以参照本文中的例2来使用公式(4a)到(4c)。（305）有关非均匀分布的横截面和变轴向力的规定在用公式3进行非均匀横截面和/或变轴向力分析时，我们要详细考虑合适的内力、扭矩、横截面特性和轴向力Nki。另

32、外还要满足以下条件：1.2(5)和minMpl0.05maxMpl(6)3.2.2横向扭转屈曲（306）均匀横截面的任何类型的端点支撑都不允许水平偏移的构件，承受恒轴向力作用的分析将在子条款3.2.1中详细介绍。当折减系数x由关于z轴的屈曲决定，计算来替代最小分叉载荷引起横向扭曲屈服时的轴向力。工字断面（包括碾压断面）不要求对横向扭转屈曲进行极限状态分析。注意.在这里扭曲被看作是一种特殊类型的横向扭转屈曲。3.3没有同时存在的轴向力时单轴弯曲3.3.1概述（307）单轴弯曲的极限状分析将在子条款3.3.4中详细介绍，但是有关z轴弯曲和3.3.2或3.3.3中规定的情况例外。表5弯曲曲线123横

33、截面的类型绕轴弯曲弯曲曲线1中空截面热轧yyzza冷轧yyzzb2焊接的箱体截面yyzzbhy/ty30hz/tz30yyzzC3工字形的碾压断面h/b1.2;t40mmyyzzabh/b1.2;40t80mmh/b1.2;t80mmyyzzbct80mmyyzzd4焊接工字形截面ti40mmyyzzbcti40mmyyzzcd5凹槽，L型，T型，和实体截面以及子条款4.4中的组合构件yyzzc6注意.厚焊接通常是指由一个临界厚度a，它不小于最小的t值图10.(曲线a,b,c和d)横向翘曲的折减系数x和横向扭转屈曲的折减系数，n=2.5时应用公式(18)3.3.2横向和扭转约束（308）侧向约

34、束当砖砌的厚度不小于工字形构件高度的0.4倍时，具有砖砌支撑系统且与挤压凸缘相接的构件可以认为具有足够的侧向约束。受压边缘图11.侧向约束（砖砌支撑）如果符合DIN18807标准的梯形板与符合公式(7)中条件的横梁相连接，那么横梁的连接点处可以认为在板所在的平面内受到侧向约束限制。(7)S是指与每个加强筋相连的薄板的剪切刚度。如果薄板只连接在辅助筋上，需要用0.2*S来代替S。注意.如果连接设计合理的话，决定横梁凸缘的横向稳定性也要用到公式(7)，并结合梯形板包层的类型。（309）扭转约束如果能满足公式(8)描述的条件，滚压部位符合DIN1025系列标准的完全对称的工字形构件就要考虑扭转约束。

35、（例如旋转轴就受到扭转约束）(8)其中符合弹性塑性和塑性塑性理论方法或符合弹性弹性理论方法为3.5。可以参照表6。如果横梁能够横向自由移动，参照表6第2栏；如果横梁的横向受到顶部凸缘的约束，可参照表6第3栏。表6.系数12314.002a3.50.122b0.2332.8041.61.051.00.70注意1.公式(8)是利用特征值做的简单核对。注意2.在计算实际有效扭转约束时，支撑构件和被支撑的横梁之间的任何变形都要考虑进去，可以根据公式(9)来计算。(9)其中是指实际有效扭转约束；是指理论上的扭转约束，可根据公式(10)和支撑构件a的弯曲刚度得到，并且构件a为刚性连接。(10)其中k在单跨

36、度或双跨度情况下等于2，在具有3个或更多跨度的连续横梁情况下取4；是指支撑构件的弯曲刚度；a支撑构件的跨度；是连接变形引起的扭转约束，计算如下：(11a)当(11b)当其中vorhb是横梁的凸缘实际宽度，单位mm。注意3.实际有效扭转约束，在决定理想设计屈服约束扭矩需要考虑进去，而不用公式(8)。然后可根据3.3.4子条款来详细核对。表7.梯形钢板连接的扭转约束特征值，假定凸缘宽度为100mm。行数剖面位置栓至螺栓间隔垫圈直径（毫米）.（kNm/m）最大（毫米）顶部底部顶部边缘底部边缘br1)2br1)压力下的薄板1225.2402223.1403Ka2)10.0404Ka2)5.240522

37、3.11206222.0120吸力下的薄板7162.6408161.740肋间隔垫圈直径无关；使用钢盖隐藏螺栓头，壁厚不小于0.75毫米薄板的边缘宽度这些数值适用于直径不小于6.3毫米的螺栓，见图13。使用的钢垫圈厚度不小于1.0毫米，同时使用硫化氯丁橡胶垫片。图12.扭转约束（例子）图13.横梁和梯形板连接部分的螺栓布局（例子）3.3.3凸缘的挤压分析（301）腹部对称的工字梁在凸缘受到挤压，实际上就是把约束分布在一个c范围内，如果满足下列条件就不需要详细的横向扭转屈曲分析：0.5(12)=(13)其中iz,g是指关于腹板轴z的旋转半径，它包括挤压凸缘和1/5腹板的横截面。kc是受压力作用凸

38、缘的特征系数，可以从表8中查得。表8.挤压系数，kc轴向力图表kc1maxN1.002maxN0.9430.864_1_1.33-0.33当公式(12)的条件不满足的时候，一个简单的方法是使用公式(14)1(14)其中My是指最大扭矩；是折减系数，它是弯曲曲线c或d的函数，参照公式(4)。可以由公式(13)确定。横梁的弯曲曲线为d时，可以从表9的第一行选择。在下面的情况下，公式(15)也成立：(15)h横梁的最大厚度；t受压凸缘的厚度弯曲曲线c也可用于其它的情况。注意：简化计算是可以用半径总体回转半径iz来代替横截面的e回转半径iz,g。3.3.4横向扭转屈曲（311）非扭矩设计的工字梁、凹槽

39、和c部位的极限状态分析应通过公式(16)来确定：1(16)其中My是最大扭矩，将在303小节具体描述；xM是扭矩的折减系数，是M的函数：xM=1当(17)xM=1当(18)当存在扭矩My，且扭矩比大于0.5时，横梁系数n必须乘以因子kn,它的值可以参照图14。图14.悬梁系数和对应得因子kn表9.悬梁的系数，n截面类型N1轧制2.52焊接2.03齿形1.54锯齿状2.05拱形0.250.7+1.8*）当凸缘与腹板同过焊接连接时，n还要在乘以因子0.8.注意1.只有在理想弯曲阻矩，MKi，y已知的情况下，M的值才可求出。公式(19)或(20)应用于双重对称均匀分布横梁阻矩的计算。MKi，y=NK

40、i，Z()(19)其中是适用于分叉端点的扭矩因子，参照表10；NKi,z是等于；=zp质心与所受载荷的距离。表10.扭矩因子，行数扭矩图表11.0021.1231.3541.77-0.77对于高度不超过60cm的横梁的计算，可以把公式(19)简化为公式(20)。MKi，y=(20)图15.适合应用公式（20）或（21）简化运算的横梁尺寸注意2.如果横梁的系数n等于2.5,我们也可以从图10中获取xM的值。注意3.xM可以假定与高度不超过60cm的横梁（见图15）等同，如果横梁的交叉部分为均匀分布且满足公式(21)的话。l200(21)的量纲为N。注意4.系数n的值要考虑残留压力和有载荷引起的初

41、始变形的影响，但不包括支撑条件的影响（这些影响到参数MKi，y）。3.4同时存在轴向力的关于一个轴的弯曲3.4.1承受次要轴向力的构件（312）如果构件只承受次要轴向力的作用且满足公式(22)得条件，那么在分析时可以不用考虑同时存在的轴向力的影响，这将在子条款3.3中详细介绍。0.1(22)3.4.2横向翘曲3.4.2.1简化的分析方法（313）对于两端用钉固定的构件，当它承受以集中载荷或线性载荷的形式的平面内横向载荷，且最大扭矩为M，根据一阶理论，它的横向翘曲分析可以用公式(3)来分析，同时用公式(23)来代替公式(4b)中的k值。(23)305小节规定也要考虑进去。3.4.2.2等效构件方

42、法（314）分析应用公式(24)和子条款3.2.1的规定的弯曲曲线来进行极限状态分析：+n1(24)其中x是公式(4)中的弯矩平面内偏移的折减系数，并且是和适当弯曲曲线（见图5）的函数。m是表11第二栏中的横向翘曲的等效均匀扭矩因子。扭矩因子小于1，只用于端点支撑条件没有横向偏移且只受无截面横向载荷的恒挤压作用的构件。M是根据一阶弹性理论的最大扭矩，其中的缺陷忽略不计。n等于x2，但是不超过0.1计算时要考虑123小节的内容。带有腹板的双重对称的横截面至少包含横截面总面积的18%，如果下式(25)成立的话，公式(24)中的应该要乘上一个因子1.1：(25)注意1.当最大扭矩为零时，极限状态分析

43、要用公式(3)来代替公式(24)。注意2.简化计算时可以用0.25x2或0.1来代替。（315）横截力的影响在设计横截面的承受能力时，我们要考虑横截力的影响。注意.可以用在完全塑性状态下将低内力和内扭矩的方法来减少横截力的影响（例如，DIN18800Part1的表16和17的做法）。（316）非均匀横截力和变轴向力当横截面是非均匀或受变轴向力作用的情况下，我们可以应用公式(24)来分析所有关键的横截面。这其中要用到相关的内力、内扭矩、横截面的特性和作用在它们上的轴向力NKi，此外，305小节中的公式(5)和公式(6)也要满足。（317）刚性连接在要求欠严格的情况下，我们可以用实际扭矩M来替代完

44、全塑性状态下的扭矩。注意.如果要求更详细的分析，要以根据二阶确定的弯矩为基础，要把等效的缺陷考虑进去。（318）构件不受挤压的部分不受自身内部挤压的构件部分，由于与受挤压的构件相连接，故存在阻矩。这部分构件的分析可使用公式(26)。为受挤压作用横截面的屈服强度应该不小于受挤压横截面的屈服强度。(26)其中注意.构件的为受压部分可以看作与受压力柱相连接的横梁。（319）支架的运动和温度的影响在计算扭矩M时，我们要把由指架运动和温度变化产生的影响都要考虑进去。注意.有关这方面的更多信息可参照本文献中的例7(e.g.7)。3.4.3横向扭转屈曲（320）单对称或双重对称的横截面的凹槽截面、c截面和I

45、截面受均匀轴向力，且不考虑扭转，并具碾压断面具有一定的面积，那么它们的极限状态分析可以使用公式(27)；+ky1(27)以下的一些符号在子条款3.3.4中会用到，说明如下：xz来自于公式（4）中的折减系数，在垂直z轴弯曲时替代；等于，与轴向力相联系的无量纲细长度；NKi是指在垂直z轴弯曲或受扭曲载荷的情况下，最小交叉载荷的轴向分力；是一个考虑扭矩My和的系数，它的计算方法如下：ky=1，但是不要大于整数其中=0.15K，ZM，y，最大值为0.9。其中是横向扭转屈曲时的扭矩因子，考虑了My的影响，可以从表11第3栏中获得。注意1.在凹槽和c型断面情况下，如果不考虑扭曲设计，我们要特别的注意；注意

46、2.本条款通常不包括T型断面的情况；注意3.的整数值通常采用保守近似法；注意4.扭弯载荷通常其主要作用，比如受扭矩约束的构件。3.5二轴弯曲中是否同时存在轴向力。3.5.1横向弯曲（321）分析方法1极限状态分析可以由以下公式得到：(28)其中X=min(xy,xz)是相应弯曲曲线的变形系数，见公式4;My,MZ是一阶理论中的最大弯矩值（理想状态）；Ky是在考虑到下面扭矩图中和时所引入的系数，可以通过以下公式来计算。其最大值为1.5。ay=（2M,y-4）+（ply-1），其最大值为0.8，其中：和M,z是扭矩系数M与横向扭矩的综合。在表11的第三栏中，考虑到扭矩Mx和Mz；pl。y和pl。z

47、是塑性系数同弯矩Mz或者My的综合。（123节在这不适用）。表11扭矩系数123扭矩图表扭矩系数m,.用于横向弯曲扭矩系数M,.用于横向扭转屈曲1端点扭矩m,.=0.66+0.44但不低于1最小0.44M,.=1.80.72来自平面横向荷载的扭矩m,.Q=0.1M,.Q=1.3M,.Q=1.43来自平面横向荷载，并带有端点扭矩的扭矩0.77m=0.10.77m=M=M,.+(M,.QM,.)M.Q=|maxM|仅来自平面横向荷载|maxM|其中没有发生交替扭矩M=|maxM|+|minM|其中发生交替扭矩kz是考虑到弯矩系数Mz和可以通过以下公式来计算：其最大值为1.5，其中：az=（2M,y

48、-4）+（ply-1），其最大值为0.8。MPL,Z,d是设计扭矩Mz理想塑性状态下的值，不考虑123节。需要考虑305节。注意1.如果公式（28）应用在单轴弯曲和多轴向力存在的情况下,X应该是所考虑的弯曲平面的变形系数。注意2.二阶理论中的内力和扭矩的实际增加量可以通过计算整个结构有效长度的无量纲细长度来考虑。（322）分析方法2用方法2来分析极限状态，可以通过以下公式来进行。+kz+n1(29)其中：X=min（xy，xz）是相应弯曲曲线的变形系数，通过公式(4)可以得到。Ky要等于一个单位长度，同时kz=cz，xyxz；Ky和kz要等于一个单位长度，同时xy=xz；Ky要等于一个单位长度

49、，同时xzxy；My和Mz是一阶理论中的最大弯矩（理想状态）。m,y和m,z是横向弯曲中弯矩系数，在表11中的第二行，要考虑到弯矩My和Mz。需要参考一下第314小节，用x来替换k。3.4.2.2中的其他项可以依次类推。注意.如果只有一个扭矩的话，那么公式（24）就要用公式(29)来替换。并且所考虑的弯曲平面的变形系数要用代替x。3.5.2横向扭转屈曲（323）应该通过以下公式(30)来分析具有辗压断面相对尺寸且受轴向力支配的两侧对称或双倍对称的断面的极限状态。(30)Ky和kz分别在第320和第321节中有介绍，其他的一些符号在3.3.4，3.4.3以及3.5.1中有介绍。注意1.种分析方法

50、不考虑设计转矩。注意2.T型的截面在小节中没有专门的介绍。注意3.ky的值等于一个单位长度，kz等于1.5，是一个保守的估计。4、单跨组合结构4.1概述(401)垂直于材料的中心轴当计算材料轴线的横向垂线偏移时，如果组件的横截面有一个材料轴时就要当作一个实体构件来处理，在第三小节中有介绍。对于挤压和设计弯矩My，只有在没有设计弯矩Mz时才适用。（402）垂直于空隙部分的中心轴计算空心轴的横向垂线偏移时可以用同样的方法。当受到横向力和弯矩而产生的两种变形时，这种截面形状为工字型的组件要当作一个实体构件来处理。用这种方法，那么在设计构件的时候，就要从整体来考虑现有的内力和弯矩。注意.对整体框架的分

51、析要建立在对所有构件分析的基础上。用等效转换的方法来分析时假设实体构件是由有两条连杆的板条构成。本文中所提到的构件都是由两条以上的连杆组成的。r=2r=2图16.组件的横截面有一个材料轴的情况。（403）有两个空隙轴的横截面。下面的图表示的就是有两个空隙轴的情况。r=4图17.横截面带两个空隙轴（y-与z-轴）的组合构件（见例）_*)与部件相交的轴*)在部件之间的轴4.2通用符号（404）I*Z=（AGys2+Iz，G）缀合板整个横截面面的二阶弯矩。I*Z=（AGys2）紧固构件横截面积的二阶弯矩W*Z=整个横截面的截面弹性模数。S*z,d等效机构的剪切强度。注意1.这种剪切强度对应的有一个横

52、向力所产生的剪切角。注意2.紧固与缀合构件的剪切刚度见表13。注意3.缀合板的剪切强度需要乘上一个系数2/12，以消除单个板子单独受剪切时的失效。4.3垂直于空隙轴的弯曲。4.3.1构件分析（405）对构件的分析需要考虑到约束的条件。内力和弯矩由轴向挤压产生，构件的尾部铰接住为了防止横向偏移。有以下公式：如果在构件的中间：(31)在这里(32)在构件的末端：(33)注意.本文（例10）在研究内部挤压和弯曲的时候可以用来做参考。4.3.2构件部分分析4.3.2.1缀合板构件和紧固构件的等效连杆（406）对所有不能抗剪切构件内力和弯矩的整体分析，当连杆受到最大压力时会产生一个轴向力，NG其有以下公

53、式：(34)NG被用来对3.2小节中介绍的连杆作分析，前提是假设连杆的两端都是铰接的。长细比可以通过以下公式得到(35)在这里SK,1是连杆在受到最大压力之下的有效长度，通常就认为是两节点之间连杆的长度。有四个角度组成的紧固构件的有效长度在表13中有示。注意.表13中第4，5栏的紧固构件在3.4小节中对分析有详细的介绍，表中的a指的是横向载荷。Lrhy和hzaAGA=AGADi1Iz，Gys系统（或构件）长度连杆的个数连杆重心轴之间的距离。两节点之间连杆的长度。连杆横截面的总面积。所有组件的横截面的总面积。支撑杆横截面的面积。连杆的最小回转半径。连杆横截面的面关于同z轴平行的重心轴的二阶弯矩。

54、每个构件的重心到z轴的距离IZ=（AGys2+Iz，G）横截面的总面积关于z轴的二阶弯矩（假设各构件是紧密连接，以及具有抗剪切力）Sk，z等效构件的有效长度，不考虑横向力所产生的变形。k，z=缀合板等效构件的细长比。缀合板的修正系数（比较表12）。表12.缀合板的修正系数K,Z75175K,Z15021500图18.紧固和缀合板构件示图。4.3.2.2紧固系统(407)形成紧固系统的各个腹板的轴向力可以由总的横向力得到，Vy是每个紧固构件的力。其有效长度可以从5.1.2中得到。注意.在考虑单个紧固构件的轴向压紧时要用到总的横向力，它可以从公式(33)中得到。4.3.3缀合板构件之间面板的分析。

55、（408）两缀合板之间的面板。两缀合板之间的面板承受最大的横向力，maxVy,其可以通过整体计算来得到，通过对连杆极限状态的内力和弯矩来做校正分析。弯矩：末端弯矩，(36)横向力，(37)轴向力，(38)xB在这里指连杆对应板条的位置。当横截面是单对称连杆时，则在连杆的末端阻抗弯矩M，可以取从交互公式(38中的平均值。注意1.从交互公式中得到连杆的横截面的塑性设计能力可以拿来利用。（例如，9和10），横向力VG，一般忽略不计。注意2.在连杆和筋杆的连接处所产生的阻抗弯矩Mpl,NG因方向的不同大小也会不同。当所有的Mpl,NG达到最大时才会发生面板失稳。注意3.当连杆是有角度的时候，弯曲轴也要

56、同空隙轴平行。表13紧固和缀合构件的有效长度Sk，1和等效的剪切强度，。12345612SK,11.52a1.28aaaa3,d,d=m(EAD)dcossin2(m=),d=（409）缀合板缀合板和它们的连接需要根据抗剪能力和设计弯矩来设计（参照表14）表14：缀合构件中缀合板的力与弯矩分配121组合缀合板的横截面2结构型号3由于剪切T造成的连接弯矩图4连接中的剪切TT=这个设计依据也适用于空间距离比较近的缀合板组件的设计，如图19，20，21。我们要考虑到缀合板连接的重心的弯矩。如果包装面板被用来连接缀合板组件的主要构件时（如图19，21），那就足以抵抗实际的剪切力。4.4密集组合的缀合构

57、件。（410）有一个空隙轴的横截面。组件的横截面在图19中有显示，也可以看作实体构件，在第三节中就有介绍，如果我们要计算一般情况下对空隙轴的横向偏移时，前提是要确保下面两条中某一条要满足。在4.5中介绍的缀合板或者包装板其两两之间的距离应该不大于15i1;连续包装板也用到，其安装间隔要小于或者等于15i1。连续安装可能要考虑计算面上的二阶弯矩。如果需要确定横截面的面积时，则这种情况下就要求安装连接得很充分。r=2r=2图19.组件有一个空隙轴，主要部件的间隙很明显，间隙比加力板的厚度要稍微大一点或者不大。在计算区域的二级弯矩时，可以考虑封装的持续性。在决定横截面A的面积时，只有在封装板与结合板

58、充分连接时，才能适用。当横向力等于缀合构件压缩力的2.5%时，缀合板、连接板或封装板的剪切力可以进行计算。（411）星形缀合的角度构件。构成两个星形缀合角度构件的组件只需要通过以下公式校验其垂直于材料轴的横向偏移，公式如下：(39)如果两个构件的有效长度不是一样的话，就取两个长度的平均数。横截面角度（图20b）的校验可以通过以下公式来进行。i0总横截面的回转半径：iy=(40)a)r=2b)r=2图20星型缀合角度构连续的缀合是为了迎合互相对应的顺序要求。剪切力的情况可以由410中的内容得到。注意.由503知矩形框架的斜杆或者垂直杆的有效长度是不同的，这取决于有没有考虑横向偏移是垂直于框架板还

59、是就是在框架上。（412）有两个空隙轴的横截面。图21中所显示的组件的主要部分，其有明显的空间间隔，仅比三角处的厚度要稍微大一点或者不大于。从图19中的介绍可以依此类推到有两个空隙轴的情况。r=4图21有两条空隙轴的密集组件。4.5结构细化（413）横截面形状的保持。当截面有两个空隙轴时，一般的截面形状需要通过横向强化来保证。注意.截面强化可以采用加支撑，加板或者加框架的形式。（414）缀合构件和包装板的安排。缀合构件是在末端通过缀扣连接起来的。这也适用于紧固构件除非采它用的是横向支撑。如果组件是由共同的加力板连接的，那么加力板也要起到缀板末端和包装板的作用。另外的缀板需要尽量安装的等间距，在

60、这里我们用的是包装板而不是用图19和21中的组件。板料的使用尽量不要少于三块，可以通过以下公式来计算。(41)5框架5.1三角架5.1.1概述（501）三角框架结构力的计算构成三角架结构的各个构件的受力可以计算得到，假设个组件的末端都是销钉连接的。由于节点所产生的二次应力可以忽略不计。挤压连杆的横截面积由于其长度不一样而不一样。单个构件的重心偏移对整体不产生影响，只要对整体其平均重心同挤压连杆的重心是一致的。（502）挤压构件的分析挤压构件的分析在3，4或者7中有介绍。5.1.2承压框架构件的有效长度5.1.2.1概述（503）连接紧密的构件在没有更好的处理措施下，那些通过两个螺钉连接或者焊接