《同济博士论丛 非塑性铰H形截面钢构件分类准则与滞回特性》程欣著|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《同济博士论丛 非塑性铰H形截面钢构件分类准则与滞回特性》

【作　者】程欣著

【丛书名】同济博士论丛

【页 数】 224

【出版社】 上海：同济大学出版社 , 2017.08

【ISBN号】978-7-5608-7038-0

【价 格】93.00

【分 类】建筑结构－钢结构－抗震结构－研究

【参考文献】 程欣著. 同济博士论丛 非塑性铰H形截面钢构件分类准则与滞回特性. 上海：同济大学出版社, 2017.08.

图书封面：

图书目录：

《同济博士论丛 非塑性铰H形截面钢构件分类准则与滞回特性》内容提要：

《非塑性铰H形截面钢构件分类准则与滞回特性同济博士论丛》是有关非塑性铰H形截面钢构件分类；隹则与滞回特性的理论著作，共8章内容，主要阐述了非塑性铰H形截面压弯钢构件承受常轴压力和绕不同主轴或双向反复弯曲的抗震性能，研究了构件的构型、受力条件等参数对非塑性铰截面压弯构件的破坏模式，研究考虑了望性阶段板件屈曲的相关性对构件抗弯承载影响的截面分类以及对构件滞回特性的影响，建立了反映塑性阶段板件屈曲相关参数的恢复力模型以及极限承载力计算方法，揭示了板件屈曲相关特性和影响因素。《非塑性铰H形截面钢构件分类准则与滞回特性同济博士论丛》适合土木工程及相关专业的专业人士作为参考用，也可供对此有兴趣的人士参考。

《同济博士论丛 非塑性铰H形截面钢构件分类准则与滞回特性》内容试读

第

绪论

1.1研究背景和研究意义

钢材具有可循环使用和重复再生的特性，使得建筑钢结构有利于节能减排，符合可持续发展要求。我国钢产量持续多年位居世界前列，2011年已达6.83亿吨，这为我国建筑钢结构的发展创造了极好的条件)。在建筑钢结构中，轻量化钢结构不仅具有普通钢结构的共同优势，而且由于耗材量、加工量、运输量、起重量等的减少进一步凸显了钢结构节材、节能和环境友好的特点。随着我国城镇化的不断发展，近年来轻量化钢结构体系应用于量大面广的住宅建筑中，这在国内已引起高度关注2

根据力学性能的不同，在以截面分类为基础的钢结构设计规范中，不同截面类别的构件对应着不同的设计准则幻。本书将能够形成具有充分转动能力的

“塑性铰”的I类截面称为“塑性铰截面”，将非I类截面统称为“非塑性铰截

面”，将“非塑性铰截面”组成的钢构件称为“非塑性铰截面构件”。由于截面较为开展，当单位长度重量一定时，非塑性铰截面钢构件比塑性铰截面钢构件具有更大的抗弯刚度、屈服弯矩以及弹性整体稳定性，因此非塑性铰截面钢构件具有良好的经济优势，可用于轻量化低多层钢框架体系中)。但是由于板件宽厚比较大，非塑性铰截面钢构件的破坏模式具有板件局部失稳的显著特点，难以充分发展构件的弯曲塑性变形能力，构件的延性与耗能能力较低，因而在需要利用构件

塑性耗能能力的抗震设计规定中，受到较大限制)。陈以一[山对非塑性铰H

形截面构件绕强轴压弯抗震性能的研究显示，非塑性铰截面构件的塑性性能是可以考虑利用的。

然而迄今国内外对非塑性铰截面构件抗震性能的研究还很不足，为确保永

■非塑性较H形截面钢构件分类准则与滞回特性

久性轻量化钢结构建筑在地震作用下的安全性，对非塑性铰截面钢构件抗震性

能的研究刻不容缓。本书以非塑性铰H形截面钢构件为主要研究对象，采用试

验与理论相结合的方法，研究其绕不同截面主轴单向压弯及双向压弯的各项抗震性能，包括极限承载力、延性、耗能能力等，解决极限承载力、恢复力模型及耗能能力评估方法等基本问题，深入揭示板件屈曲相关作用及非塑性铰截面钢构件耗能机理的基本规律。为非塑性铰截面钢构件抵抗地震作用提供更为合理的设计建议，有效提高其在住宅建筑中的应用效率，为加速我国住宅产业化发展及城镇化建设做出贡献。

1.2构件截面分类综述

钢结构设计中板件宽厚比是关键参数，板件宽厚比的变化是决定构件有不同性能反应的最重要原因之一。截面分类是将板件宽厚比限值与截面反应类型进行对应的过程，不同的截面类别对应着不同的设计准则，因此截面分类是当代钢结构设计规范的重要基础之一2,1)。本节详细比较了各国现行钢结构设计规范对截面分类的处理方法及各国规范给出的各类截面宽厚比限值，可为本书提供正确的指导方向。

1.2.1截面分类定义

为区分构件的塑性变形能力，弯曲、压弯或拉弯构件截面一般可以划分为4

种类型，不同类别构件的弯矩(M)-转角()关系如图1-1所示。I类截面达到

截面塑性弯矩后可持续保持或超过该承载力直到变形达到期望值，即能够形成

具有充分转动能力的“塑性铰截面”，满

足M≥M且4≥4；Ⅱ类截面可以达

1类截面

到截面塑性弯矩但塑性变形量较小，只

Ⅱ类截面

需满足M≥Mx;Ⅲ类截面达到边缘屈

Ⅲ类截面

服弯矩后板件局部失稳，满足M≤

N类截面

M

到屈服弯矩之前发生局部失稳，即M<

M。其中M,是截面的极限抗弯承载

图1-1截面分类定义

力；M和M分别是无局部屈曲时考虑

2

第1章绪论

轴力影响的截面塑性弯矩和边缘屈服弯矩；4表征变形能力，4，为变形需求，各规范对：和4o的定义略有不同(Bild1)。

不同的截面类别对应着不同的设计准则)，I类截面构件组成的结构体系

可进行塑性设计；Ⅱ类截面构件可利用构件自身的塑性承载力；Ⅲ类截面构件一

般采用弹性设计；V类截面构件的承载力理论上低于边缘屈服承载力。本书将

Ⅱ、Ⅲ、V类截面统称为“非塑性铰截面”，将“非塑性铰截面”组成的钢构件称为

“非塑性铰截面构件”(1.1节)。

1.2.2各国规范截面分类方法

1.欧洲钢结构规范

欧洲钢结构设计规范EN1993-1-1定义了四类截面，分别是第一类

(Class1)、第二类(Class2)、第三类(Class3)和第四类(Class4)截面，分别对应

着图1-1中I、Ⅱ、Ⅲ和V类截面。EN1993-1-1在对截面分类时遵循“单一

板件规则”，将腹板作为四边简支的单板、翼缘作为三边简支一边自由的单板处

理，忽略翼缘和腹板的相关作用。尽管EN1993-1-1考虑了绕弱轴压弯时翼

缘上应力梯度对翼缘分类的影响，但没能明确给出绕弱轴压弯时腹板的分类方法。

欧洲抗震规范EN1998-11)规定钢构件在地震作用下的截面分类方法与

单调情况相同（参照E1993-1-1)。进行抗震设计时，根据延性需求选用不同

类型的截面，例如对延性要求高的结构采用I类截面，对延性要求相对较低选用

Ⅱ或Ⅲ类截面。这种截面分类方法容易操作，但没有考虑往复荷载的不利影响。

2.美国钢结构规范

钢结构设计规范AISC360-1016定义了三类截面，分别是：紧凑(compact).、半紧凑(non-compact).和薄柔(slender-element)截面，分别对应着图1-1中的

I、Ⅲ和V类截面，其中紧凑截面构件要求翼缘的塑性应变在屈曲前能达到4倍

屈服应变1四。AISC360-10只给出了构件纯压和纯弯状态下截面的分类限值，

这是因为压弯构件的设计承载力是通过既定的轴力和弯矩相关曲线得到的，因

此只需计算构件纯压和纯弯情况下的承载力。注意到AISC360-10在对焊接H

形截面钢构件受弯情况进行Ⅲ、Ⅳ类截面分类时考虑了板件相关作用，其他情况则遵循单一板件规则。

抗震规范AISC341-1018)中，在满足AISC360-10规定的前提下，不同的

3

■非塑性铰H形截面钢构件分类准则与滞回特性

框架结构体系的延性要求不同。例如对普通抗弯框架(Ordinary Moment

Frame)没有附加要求；中等抗弯框架(Intermediate Moment Frame)需满足中等延性(Moderately ductile)的要求；特殊抗弯框架(Special Moment Frame)需满足高延性(Highly ductile)的要求。其中，中等延性与高延性的焊接H形截面钢构件宽厚比均属于紧凑的范围内。

3.日本钢结构规范

由于日本处于环太平洋地震带，地震灾害严重，日本的结构设计规范同时也

是抗震设计规范。如图1-2所示，日本规范A町将截面分为4类，其中

P-I-1,P-I-2,P-Ⅱ和P-Ⅲ截面分别对应着图1-1中的I、Ⅱ、Ⅲ和N类

截面。A在截面分类时对所有类别的截面均考虑了翼缘-腹板相关作用，其相

关准则主要是基于[0,2的研究结果。然而日本规范只考虑绕强轴弯曲情况，忽略了绕弱轴弯曲的情况。

M

B

Moe

0.6Me

0p-1-1P-I-2

bilti,hwltw

P-I

P-ⅡP-一

图1-2日本规范截面分类定义

4.中国钢结构规范

虽然中国规范没有直接给出截面分类的概念，但根据钢结构设计规范GB

50017[2和抗震设计规范GB50011的设计准则可以推得相关截面类别的限

值。例如对一般结构（除满足塑性设计的低多层框架），GB500017要求构件满

足弹性设计的原则，不允许板件发生弹性局部失稳，限制了Ⅳ类截面的应用，

即给出了Ⅲ、V类截面的界限值。而GB50011要求构件在地震作用下需满足

I类截面的要求，即给出了I类截面和Ⅱ类截面的界限值（表1-1）。以此得

到的截面分类方法遵循着“单一板件准则”，且只考虑了构件绕强轴弯曲的情况。

4

第1章绪论■

表1-1GB50011一2010I类截面宽厚比上限值

板件类型

级

二级

三级

四级

r

10

11

12

13

柱

Iw

43

45

48

52

行

9

9

10

11

梁

72-120n≤6072-100m≤6580-110m≤7085-120m≤75

5.各国规范宽厚比限值比较

表1-2总结了各国规范对H形压弯钢构件截面分类的限值(AISC360-10

只给出了纯弯的截面分类限值)。纯弯和纯压作为压弯的特殊情况，宽厚比限值可分别通过令=0和1得到。介于各国规范中板件宽厚比的表达形式不同，本书定义了考虑屈服强度的翼缘和腹板宽厚比指标r和rw,其中：1=(b/t)√ft/235,rw=(hw/tw)√fw/235。

表1-2各国规范截面分类宽厚比上限值

规

范

ri/rw

I截面

Ⅱ类截面

Ⅲ类截面

21√k,

r

9

10

EC3

k.=0.57-0.21+0.072

(EN1993-1-140)

396

456

2100

Tw

13a-1

13a-1

33n+17

AJ19]

ri/rw

)

(g）'+(m8

w）=1

=1

46.3/a

56.7/a

AISC360-1016]

11

rV≤66.39fm/235,

(纯弯)

110

27.5√/fw/235≤rw≤167

ri

15

GB5001722]

GB50011[6]

表1-1

84.8-96n,n<0.2

72-32n,0.2≤n≤1

注：a为腹板上压应力的作用范围，当n<时，e=a5(1+n是)当久≤n<1时，。=1A

A

为腹板面积；A为截面面积：纯弯时n=0,a=0.5;纯压时n=1,a=1;中为应力梯度（见EN1993-1-5[23])。

5

■非塑性铰H形截面钢构件分类准则与滞回特性

图1-3(a)、(b)分别显示了A./A=0.5的截面，n分别取0和0.5时，各国

规范对H形截面绕强轴弯曲的截面分类规律，可以看到各规范截面分类限值差

异明显。

30

AISC:Ⅲ类，米H300×200×5×16

30

米H300×200×5×16

AIJ:Ⅲ类>AISC:I类题H200×200×10×6

AIU:Ⅲ类

8H200×200×10×6

25A:Ⅱ类

25

AIJ:I类

AUI类

20

AU:I类

20

15

15

I类

EC3:I类

EC3:Ⅱ类

EC3:Ⅱ类

5

C3:Ⅲ类

5

EC3:Ⅲ类

0

020406080100120140160

0

20406080100120140160

w

(a)-0

(b)n-0.5

图1-3H形截面构件绕强弯曲或压弯截面分类图

以Q235B钢的H形截面构件H300×200×5×16(r=6.25,rw=53.6)和

H300×200×10×6(r=16.67,rw=28.8)为例，各国规范的分类结果列于表1-3中，可以看到一个相同截面，根据不同的规范可以属于不同的截面类别

表1-3H300×200×5×16和H300×200×10×6分类结果

H300×200×5×16

H300×200×10×6

GB

AISC

EC3

AU

GB

AISC

EC3

AIJ

n=0

I

I

N

Ⅲ

W

Ⅱ

n=0.5

Ⅲ

Ⅲ

Ⅲ

W

Ⅲ

1.2.3各国规范截面分类的不足之处

各国钢结构设计规范基于大量研究，根据板件的宽厚比都已确定了构件在塑性设计和抗震设计中的分类，但主流方法是“单一板件规则”（除少数仅限于弹性屈曲状态的薄壁构件外一般未考虑同一构件中板件宽厚比组配对构件性能的影响)、“单纯几何规则”（难以将有重要影响的应力水平计人其中）、“单调性能规则”（未联系滞回耗能特性进行分类）。

1.单一板件准则

除A·外，大部分规范都遵从单一板件规则，即将腹板作为四边简支的单

6

···试读结束···