高等钢结构作业

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1、3.1a为了满足塑性设计的要求，国内外钢结构相关规范EC3,BS5950,GB50017-2003,GB50017-201X(报批稿)分别如何进行构件截面分类？哪类截面适用于塑性设计？答：1、国外规范EC3、BS5950对构件截面的分类以构件的宽厚比与压应力分布进行分类，分为四类。（1）EC3Class1：截面可以形成塑性铰，并拥有塑性设计要求的转动能力，可以用于塑性设计；Class2：可以发展塑性弯矩承载能力，但转动能力有限，不宜用于塑性设计。Class3：最大受压纤维可以达到屈服但局部屈曲限制了塑

2、性弯矩的发展。不用于塑性设计。Class4：局部弯矩限制抗弯能力发挥，使抗弯承载力低于正常水平，用于弹性设计时要考虑局部失稳，不用于塑性设计。（2）BS5950Class1：截面可以形成塑性铰，具有转动能力。Class2：截面可以发展塑性弯矩。Class3：截面最大受压纤维可以达到设计强度，但不能发展塑性承载能力。Class4：截面达不到设计强度，需采取措施以防局部失稳。2、国内规范GB50017-2003,GB50017-201X(报批稿)对构件截面的分类（1）GB50017-2003国家标准没有明

3、确给出截面的分类，根据一般经验，设计截面大致可以分为4类，第一类和第二类可用于塑性设计，第三类和第四类不用于塑性设计。第一类：宽厚比最小，构件受弯形成塑性铰并发生塑性转动，板件仍不会出现局部失稳，称塑性设计截面，又称特厚实截面；第二类：受弯并形成塑性铰但不会发生塑性转动，板件也不会出现局部失稳。称为弹塑性设计截面，又称厚实截面；第三类：受弯构件边缘纤维达到屈服点时板件纤维达到屈服点时，板件不会发生局部失稳。这类截面称为弹性设计截面，也称非厚实截面；第四类：构件受弯时会发生局部失稳，应利用屈曲后强度设计

4、方法进行计算，因此这类截面称为超屈曲设计截面，也称纤细截面或薄柔截面。（2）GB50017-201X(报批稿)：对于受弯及压弯构件根据局部屈曲制约截面承载力和转动能力的程度，设计截面分为S1、S2、S3、S4、S5共5级。S1、S2、S3级均可用于塑性设计，但S2、S3级需有限制。S1级，塑性设计截面。可达全截面塑性，保证塑性铰具有塑性设计要求的转动能力，且在转动过程中承载力不降低。S2级，塑性屈服强度截面。可达全截面塑性，但由于局部屈曲，塑性铰的转动能力有限。S3级，部分塑性开展的截面。翼缘全部屈服

5、，腹板可发展不超过1/4截面高度的塑性。S4级，弹性屈服强度截面。即边缘纤维屈服截面，边缘纤维可达屈服强度，但由于局部屈曲而不能发展塑性。S5级，超屈曲设计截面。在边缘纤维达屈服应力前，腹板可能发生局部屈曲。3、适用于塑性设计的截面：塑性设计的前提是在梁、柱等构件中必须形成塑性铰，且在塑性铰处承受的弯矩等于构件的塑性弯矩，而且在塑性铰充分转动、使结构最终形成破坏结构之前，塑性铰承受的弯矩值不得降低。如果组成构件的板件宽厚比过大，可能在没达到塑性弯矩之前就发生了局部屈曲，或者虽然在达到塑性弯矩形成塑性铰

6、之前没有发生局部屈曲，但是有可能在塑性铰没来得及充分转动，使结构内力重分配并形成机构之前，板件在塑性阶段就发生了局部屈曲，使塑性弯矩降低。因此，要保证塑性铰截面有充分的转动能力，就必须对板件的宽厚比给以较常规设计更严格的限制。下表是GB50017-2003规范对塑性设计截面板件的宽厚比规定：3.2b简述剪力和钢材应力-应变曲线强化对受弯截面的极限抗弯承载力的影响。答：1、除纯弯曲段外，一般的截面都有剪力。在塑形设计中，在受弯构件和压弯构件中，剪力的存在会加速塑性铰的形成，降低受弯截面的极限抗弯承载力。

7、在弯曲正应力和剪应力共同作用下发生屈服的条件表达式为：其中，fvy-纯剪屈服强度正应力和剪应力的应力值都不可能达到其完全屈服值，除非其中另一项的应力为零。因此以工字型梁截面为例，有剪应力存在时，弯曲正应力的极限分布情况只能如下图所示，中部正应力未达到屈服强度，板区域才能负担剪应力。当塑性铰形成时，可以假定剪应力呈抛物线分布，且中点最大剪应为Fvy。由此可得有剪应力存在时的截面极限弯矩为：Mp-截面全塑性的极限弯矩分析可知，当剪应力存在会加速塑性铰的形成，剪应力越大,为了承担剪应力中部正应力未达到屈服强

8、度的区域高度z就越大，有剪应力存在时的截面极限弯矩就越小。2、由于钢材实际上并非理想弹－塑性体，而是有d-e强化阶段的，如下图钢材应力应变曲线钢材屈服后，其在达到最大承载力之前，其强度仍然可以提高。因此，塑性铰截面处的钢材应力-应变曲线强化部分对塑性弯矩有提高作用。如果考虑钢材的强化阶段的影响，这能够提高受弯截面的极限抗弯承载力。这部分有利的影响可以抵消剪力的存在对塑性铰弯矩的降低作用。所以，受弯构件的强度计算时，在满足下公式（3.3.1）的前提下，仍可