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不锈钢管双向弯矩作用下的承载力和稳定性计算
发表于:2020-02-04 13:10:39

 不锈钢管和椭圆管而言,其在轴力和双向弯矩作用下的承载力计算以及轴压和双向弯曲作用下的整体稳定计算,按以往规范或标准简单套用开口截面构件的计算公式是不正确的。针对不锈钢管的强度计算,我国GB 50017—2017《钢结构设计标准》中已将双向弯矩作用效应由过去的线性叠加更正为矢量合成方式。关于压弯作用下的圆钢管柱整体稳定性,当绕截面两个正交轴的弯矩沿构件长度方向的分布形式不同时,各截面上合成弯矩的矢量大小和方向都会变化,若套用开口截面的线性叠加计算公式,存在过于保守或不安全的情况。为此,提出了新的稳定承载力计算公式,比起现行各国标准中的整体稳定计算公式具有更好的精度,已在GB 50017—2017中采用。但该公式适用于柱中间没有横向力作用的圆管柱的双向压弯整体稳定计算,对有横向力作用的柱,该计算方法的适用性还未得到验证。此外,椭圆管的相关计算公式尚需研究。


  为适应建筑表现的需要或主体结构与围护的配合,有些公共建筑要求箱形截面构件制作时人为产生一定扭转。这种扭转与随机产生的初始缺陷不同,具有特定的分布规律。2008年国家体育场(鸟巢)的构件就是其中一例。同济大学与中国建筑设计研究院对初扭转为焊接箱形截面构件进行了轴压试验,表明该初扭转基本不影响构件的轴压稳定性。上海世博会展览馆结构设计则出现了扭转达到3°/m的箱形截面构件,同济大学和华东建筑设计研究院进行了构件的轴压、弯曲和压弯试验,发现初始扭转构件在外力荷载作用下扭转变形会有一定增幅,但对矩形、箱形构件整体稳定性能有一定的改善,其主要机理是初始扭转箱形构件在压、弯荷载下产生的翘曲正应力和扭转剪切应力一般较小、可忽略不计;初始扭转造成箱形构件截面的强、弱轴沿纵向不断变化,提高了构件的整体抗侧刚度,但目前针对这类情况的理论计算方法还有待建立。大型公共建筑中,弯曲管较人工扭转管出现更多。对曲率较小的弯管节点已进行了较为充分的研究,并已得出可以参照直管节点进行设计的结论,而构件的受力性能则主要还依赖有限元进行分析,特定情况下的计算,例如稳定性计算还未建立。


  不锈钢管或钢管混凝土除了直接作为传力构件外,还可以仅作为约束部件、只对核心部件提供环向约束。早期对钢管约束混凝土构件的受力性能进行了研究,发现圆钢管约束素混凝土构件的承载力高于相应的圆钢管混凝土组合构件。其后对钢管约束素混凝土柱、钢筋混凝土柱的受力性能和影响因素分别进行了研究,并给出了合理的设计方法。钢管约束混凝土是一种新型构件形式,国内外在该方面的研究还很少,还没有制定相关规范。屈曲约束支撑(BRB)一般是由十字形或一字形钢板构成的核心部件与钢管混凝土构成的约束部件组成,屈曲约束支撑中的外套管是钢管混凝土作为约束部件的又一应用。通过对屈曲约束支撑滞回性能、耗能能力的研究,提出了不同套管形式的屈曲约束支撑。