基于中歐鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的軸心受力構(gòu)件強(qiáng)度計算比較★

陳 春 霞

(上海師范大學(xué)，上海 200234)

0 引言

近些年，國內(nèi)高校的合作辦學(xué)項目逐漸增加，在土木工程領(lǐng)域也有與歐洲國家的教育合作，在教學(xué)中要求學(xué)生掌握兩部規(guī)范。同時越來越多的中國建筑企業(yè)參與到涉外項目中，且因為歐洲規(guī)范的技術(shù)先進(jìn)、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，其使用越來越頻繁。國內(nèi)有文獻(xiàn)對中外鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范進(jìn)行比較[1-3]。本文根據(jù)EN 1993-1-1:2005[5]鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范和GB 50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[6]，比較了軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度計算原理及公式，并通過例題計算得到兩部規(guī)范的相同及差異之處。

軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度承載力是以截面的平均應(yīng)力達(dá)到鋼材的屈服應(yīng)力為極限。但當(dāng)構(gòu)件的截面有局部削弱時，截面上的應(yīng)力分布不再是均勻的，在孔洞附近存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，如果在設(shè)計時選用具有良好塑性的鋼材，截面上的應(yīng)力產(chǎn)生塑性重分布，最后在凈截面上達(dá)到均勻分布。兩部規(guī)范在理論基礎(chǔ)上是一致的。

1 歐洲規(guī)范中的設(shè)計表達(dá)式

歐洲規(guī)范中對于受壓截面采用截面分類，故強(qiáng)度承載力公式用受拉構(gòu)件和受壓構(gòu)件分別表達(dá)。

1.1 軸心受拉構(gòu)件

根據(jù)歐洲規(guī)范EN 1993-1-1:2005(E)中條款6.2.3，即：

(1)

式中：NEd——構(gòu)件的軸心拉力設(shè)計值；Nt,Rd——構(gòu)件在均勻拉力作用下的抗力設(shè)計值，取值如下：

沒有削弱的截面，即：

(2)

有孔洞的截面，應(yīng)在Npl,Rd和Nu,Rd中取小值，即：

(3)

式中：A——構(gòu)件毛截面面積；Anet——構(gòu)件凈截面面積；fy——構(gòu)件材料的屈服強(qiáng)度;fu——構(gòu)件材料的極限抗拉強(qiáng)度;γM0,γM2——抗力分項系數(shù)，見EN 1993-1-1:2005(E)的英國國家附錄條款NA2.15。

1.2 軸心受壓構(gòu)件

根據(jù)歐洲規(guī)范EN 1993-1-1:2005(E)中條款6.2.4，即：

(4)

式中：NEd——構(gòu)件的軸心壓力設(shè)計值；Nc,Rd——構(gòu)件在均勻壓力作用下的抗力設(shè)計值，取值如下：

(5)

(6)

式中：Aeff——構(gòu)件有效截面面積。

2 中國規(guī)范中的設(shè)計表達(dá)式

根據(jù)中國規(guī)范GB 50017—2003中條款5.1.1，即：

(7)

3 軸心受力構(gòu)件強(qiáng)度計算例題

因軸心受拉構(gòu)件強(qiáng)度計算較簡單，文中僅給出軸心受壓構(gòu)件計算例題。

例：有一鉸接剛架如圖1所示，集中荷載(標(biāo)準(zhǔn)值)作用于節(jié)點A。求：

1)用歐洲規(guī)范EN 1990:2002估算作用于節(jié)點A的荷載設(shè)計值。

2)如果桿件DE使用熱軋方形空心型材100×100×5 SHS，鋼材等級為S355，驗算該截面是否會發(fā)生強(qiáng)度破壞。

設(shè)計數(shù)據(jù)：

作用于節(jié)點A的永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值:

Gk=10.0 kN；

作用于節(jié)點A的可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值:

Qk=50.0 kN；

彈性模量:

E=210×103MPa；

屈服強(qiáng)度:

fy=275 MPa；

截面性質(zhì)：

100×100×5 SHS，邊長h=100 mm，厚度t=5 mm，iz=38.6 mm，A=1 870 mm2。

解：

1)根據(jù)歐洲規(guī)范EN 1990:2002條款6.4.3.2中公式(6.10)，即Fd=γGGk+γQQk，查EN 1990:2002的英國國家附錄NA.2.2.3條款，可得γG=1.35，γQ=1.5,則節(jié)點A的荷載設(shè)計值Fd=1.35×10.0+1.5×50.0=88.5 kN。

2)按歐洲規(guī)范驗算構(gòu)件強(qiáng)度。

驗算截面類型：EN 1993-1-1:2005(E)表5.2(sheet 1 of 3)。

驗算：

根據(jù)歐洲規(guī)范EN 1993-1-1:2005(E)中條款6.2.4，即：

查EN 1993-1-1:2005(E)的英國國家附錄條款NA2.15，可得抗力分項系數(shù)：γM0=1.0,γM1=1.0,γM2=1.1。

驗算：

3)按中國規(guī)范驗算構(gòu)件強(qiáng)度。

因為截面沒有削弱，本部分在實際工程設(shè)計中可以不必驗算。根據(jù)中國規(guī)范GB 50017—2003中條款5.1.1，驗算如下：

所以截面100×100×5 SHS，S355用于下弦桿DE，安全，且中歐規(guī)范計算結(jié)果基本一致。

4 中歐規(guī)范中軸心受力構(gòu)件強(qiáng)度驗算比較

通過以上分析及例題演算，說明關(guān)于軸心受力構(gòu)件的強(qiáng)度驗算，歐洲規(guī)范與中國規(guī)范的理論基礎(chǔ)一致，僅存在公式形式的區(qū)別。且兩部規(guī)范在該部分的計算結(jié)果基本一致，可認(rèn)為沒有差別。

區(qū)別一：歐洲規(guī)范采用荷載設(shè)計值與抗力設(shè)計值的比值來表達(dá)，安全裕度比較直觀；中國規(guī)范采用應(yīng)力表達(dá)式，構(gòu)件的應(yīng)力狀態(tài)比較直觀。

區(qū)別二：歐洲規(guī)范中對于受壓截面采用截面分類，故強(qiáng)度承載力公式用受拉構(gòu)件和受壓構(gòu)件分別表達(dá)；中國規(guī)范沒有進(jìn)行截面分類，故強(qiáng)度承載力公式統(tǒng)一為一個公式。