[發明專利]一種鋼構件雙向壓彎下全截面塑性抗彎承載力的判定方法

有效

• 申請號: 202011434494.6
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112697608B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 程欣;杜輝波;王夏欣;張超;史曉鵬
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N3/20
• 分類號: G01N3/20
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發明公開了一種鋼構件雙向壓彎下全截面塑性抗彎承載力的判定方法，包括步驟：1）確定鋼構件的截面類型及截面尺寸、材料的屈服強度、軸壓力的大小；2）計算塑性中性軸與弱軸的在任意夾角下，截面塑性中性軸的準確位置與夾角關系的表達式；3）將夾角從0°到90°以特定角度為間隔進行劃分，得到若干選定角度；4）根據步驟2得到特定夾角下截面塑性中性軸的準確位置，確定該夾角下全截面塑性的應力分布形式，并計算得到兩主軸方向的塑性抗彎承載力；5）對于所有選定角度，重復步驟4，得到所有選定夾角下截面的塑性抗彎承載力，進而得到所求鋼構件全截面塑性抗彎承載力雙向相關曲線。本發明為實際工程復雜受力狀態下的塑性設計的提供了參考。

技術領域

本發明涉及一種鋼構件雙向壓彎下全截面塑性抗彎承載力的判定方法，具體是通過截面軸力平衡得到截面上的應力分布，并旋轉塑性中性軸得到鋼構件的全截面塑性抗彎承載力曲線。

背景技術

全截面塑性抗彎承載力的計算對建筑結構有著重要的意義。雙向壓彎構件在不考慮材料強化的前提下，構件達到全截面屈服時，即可視為構件達到極限抗彎承載力。雙向壓彎下鋼構件的極限承載力為實際工程的塑性設計提供理論依據，為結構的安全性提供保障。

目前中國鋼結構設計規范中的塑性設計只是對于強軸壓彎的情況進行塑性設計，沒有考慮雙向壓彎下的塑性承載力。而歐洲規范進行雙向壓彎塑性設計的相關曲線過于簡單和保守，不能體現鋼構件的真實極限抗彎承載力。因此，亟需一個雙向壓彎鋼構件全截面抗彎承載力的理論計算方法。

基于平截面假定，截面達到全截面塑性時，截面上定會存在一個塑性中性軸將截面分為拉壓應力屈服的兩部分。依據該假定，由截面應力分布形式可計算得到構件的全截面塑性抗彎承載力。

發明內容

本發明旨在提供一種鋼構件雙向壓彎下全截面塑性抗彎承載力的判定方法，在平截面假定的基礎上通過旋轉塑性中性軸計算鋼構件軸壓和雙向彎曲作用下的全截面塑性抗彎承載力。

本發明的基本原理是基于平截面假定的這一基礎假定，根據全截面塑性時的截面應力分布形式，求解截面的全截面塑性抗彎承載力。

本發明提供了一種鋼構件雙向壓彎下全截面塑性抗彎承載力的判定方法，包括以下步驟：

1)確定鋼構件的截面類型及截面尺寸、材料的屈服強度、軸壓力的大小；

2)旋轉塑性中性軸，基于軸力平衡條件，計算得到在任意夾角下，截面塑性中性軸的準確位置與夾角關系的表達式；

3)將夾角從0°到90°以特定角度(2°，5°，10°等等，增量步的大小影響結果的連續性)為間隔進行劃分，得到若干選定角度；

4)根據步驟2)得到特定夾角下截面塑性中性軸的準確位置，確定該夾角下全截面塑性的應力分布形式，并計算得到兩主軸方向的塑性抗彎承載力；

5)對于所有選定角度，重復步驟4)，得到所有選定夾角下截面的塑性抗彎承載力，進而得到所求鋼構件全截面塑性抗彎承載力雙向相關曲線。

上述方法中，所述鋼構件的截面類型包括箱型、H形、T形中的任一種。

上述方法中，步驟2)中，截面塑性中性軸的位置是受軸壓力和塑性中性軸與截面主軸的夾角θ_n唯一確定的。

上述方法中，鋼構件的截面類型為箱型時，

假定bt_fht_w，由于不同的軸壓力N會使相同夾角下塑性中性軸位置坐標的計算式有所不同，因此以軸壓力N的大小為公式計算的主要劃分對象，再以夾角θ_n做進一步細分；得到如下的計算式：

當時：

當時：