《钢结构设计标准》(GB 50017-2017)(简称“钢标”)已发布,各种宣讲也不少了。笔者无意再面面俱到去把“钢标”条文捋一遍,而是想,就“钢标”涉及的一些技术要点或者说比较费解的专题进行解说,希望顺带能说清楚,它们的前世今生。“钢标”在第3.5节,全新引入了截面板件宽厚比等级(截面等级)的概念。关于截面等级的涵义、如何理解以及如何应用,存在不少的疑问,“钢标”解读的第一个专题,就来说说截面等级。首先从表面上来看,钢构件由板件构成,而截面等级说的就是截面板件宽厚比等级。截面板件宽厚比,按“钢标”的条文说明——“截面板件宽厚比指截面板件平直段的宽度和厚度之比,受弯或压弯构件腹板平直段的高度与腹板厚度之比也可称为板件高厚比。”需要注意,以往规范中的“宽厚比”和“高厚比”两个名词,现在实际上已经统称为“宽厚比”了。截面板件宽厚比,是截面厚实程度的一个度量。从本质上来说,它直接决定了钢构件的承载力、受弯及压弯构件的塑性转动变形能力(延性耗能能力)。换句话说,截面等级就是截面承载力和塑性转动能力的表征。因此,从承载力角度来说,截面等级是板件易发生屈曲程度和截面塑性发展程度的度量;从塑性设计和抗震设计角度而言,是截面塑性转动和延性耗能能力的等级。所以“钢标”按照根据截面承载力和塑性转动能力,参考国际标准,将截面分为五个等级。实际上这比国际上常规分为四个等级的做法多了一个等级,是因为老的“钢规”中受弯构件一直以来都考虑了塑性发展系数(即可部分发展塑性的截面),因为这个历史原因,截面增加了一个等级S3。各级截面对应的性能,实际上“钢标”按照截面受弯的力学性能已经给出了很明确的描述:
其中尤其需要注意的是,S4级截面,它的界限,是边缘纤维刚好达到屈服的状态。S1~S3级截面,能发展截面塑性,而S5级截面,在边缘屈服未达到时,板件就已发生局部屈曲,只能考虑有效截面进行计算。二、“钢标”中的截面等级咋确定的?对应欧洲规范EC3的S1~S4截面,“钢标”将压弯和受弯构件的截面分成S1~S5五个截面等级,其中S1、S2为塑性截面,S4为弹性截面,S3为中国规范特有的考虑一定塑性发展的弹塑性截面,S5为薄柔截面。“钢标”的截面等级确定,主要依据板的弹性稳定理论,同时参考了国外规范以及一些经验值。按照S4级截面描述的边缘屈服同时板件刚好发生局部屈曲这个临界状态,可按弹性稳定的公式进行板件宽厚比限值(屈服宽厚比)的
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