【摘要】：鋼結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)高強(qiáng)、抗震性能好、工期短、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。因此,被廣泛用于國內(nèi)外的基礎(chǔ)建設(shè)中。由于中美文化背景、經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的差異,導(dǎo)致中美兩國鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范在設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)原則甚至設(shè)計(jì)要求等諸多方面均存在差別。所以本文選擇我國的鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范GB50017-2003、GB50017-201X以及美國鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范ANSI/AISC 360-10,從設(shè)計(jì)方法、強(qiáng)度、整體穩(wěn)定性、局部穩(wěn)定性以及剛度四個(gè)方面出發(fā),對(duì)比研究中美兩國鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范關(guān)于軸心受壓構(gòu)件和偏心受壓構(gòu)件(壓彎構(gòu)件)的異同,主要進(jìn)行了以下比較:首先,中美兩國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于構(gòu)件設(shè)計(jì)方法都采用以概率理論為基礎(chǔ)的荷載分項(xiàng)系數(shù)法,但關(guān)于荷載分項(xiàng)系數(shù)的取值兩國存在差異,本文對(duì)該荷載分項(xiàng)系數(shù)的取值進(jìn)行比較。其次,對(duì)于受壓構(gòu)件,即軸心受壓構(gòu)件和偏心受壓構(gòu)件(壓彎構(gòu)件),本文從強(qiáng)度、整體穩(wěn)定性、局部穩(wěn)定性以及剛度四個(gè)方面進(jìn)行條文和理論的比較,其中重點(diǎn)比較軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性計(jì)算,包括整體穩(wěn)定性的計(jì)算、構(gòu)件寬厚比限值采用的原則以及構(gòu)件屈曲后強(qiáng)度的計(jì)算方法,分析比較造成這些差異的原因。最后,通過有限元ABAQUS進(jìn)一步分析中美兩國壓彎構(gòu)件(偏心受壓構(gòu)件)在不同長細(xì)比和偏心率情況下的極限承載力。通過對(duì)中美國兩國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范以上方面的對(duì)比研究,可以得出兩國規(guī)范在軸心受壓構(gòu)件和偏心受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)上的差異,詳見如下:1.中美規(guī)范都采用以概率理論為基礎(chǔ)的荷載抗力分項(xiàng)系數(shù)法進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。但荷載分項(xiàng)系數(shù)的取值有所差異,比較可知,ANSI/AISC 360-10的荷載分項(xiàng)系數(shù)取值都大于或等于我國GB50017的取值。2.中美規(guī)范對(duì)軸心受壓構(gòu)件的承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)都是從強(qiáng)度、整體穩(wěn)定性、局部穩(wěn)定性三個(gè)方面進(jìn)行考慮,但采用計(jì)算表達(dá)式和設(shè)計(jì)過程存在差異。其中,GB50017-2003采用的是應(yīng)力表達(dá)形式,ANSI/AISC 360-10采用的是承載力的形式,而GB50017-201X在強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)采用應(yīng)力表達(dá)形式,在穩(wěn)定性驗(yàn)算中采用承載力形式;關(guān)于軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì),GB50017要求對(duì)構(gòu)件分別進(jìn)行強(qiáng)度、整體穩(wěn)定性、局部穩(wěn)定性、剛度四個(gè)方面驗(yàn)算,ANSI/AISC 360-10則是要求首先進(jìn)行截面分類,然后根據(jù)構(gòu)件可能發(fā)生的屈曲形式進(jìn)行驗(yàn)算。3.在強(qiáng)度驗(yàn)算中,GB50017-2003采用凈截面屈服的原則進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算;ANSI/AISC 360-10將軸心受壓和軸心受拉各自作為一個(gè)章節(jié),軸心受拉構(gòu)件按照毛截面屈服和凈截面斷裂兩種情況進(jìn)行驗(yàn)算,但考慮到軸心受壓構(gòu)件一般不發(fā)生強(qiáng)度破壞,故沒有進(jìn)行截面強(qiáng)度驗(yàn)算,若構(gòu)件截面削弱很大,則要進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。在整體穩(wěn)定性驗(yàn)算中,GB50017采用四類柱子曲線,即a、b、c、d四類;ANSI/AISC 360-10只采用單一的柱子曲線,比較中美柱子曲線可知,美國采用的單一柱子曲線相當(dāng)于我國的b類曲線,在格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件計(jì)算過程中,ANSI/AISC 360-10和GB50017都考慮剪力對(duì)構(gòu)件整體穩(wěn)定性的影響,且都采用換算長細(xì)比的方式。在局部穩(wěn)定性的驗(yàn)算中,中美規(guī)范均采用限制構(gòu)件寬厚比的方式來控制構(gòu)件的局部穩(wěn)定性,但采用的原則不一樣,即GB50017-2003采用等穩(wěn)定原則,ANSI/AISC360-10采用屈曲原則,GB50017-201X同時(shí)考慮屈曲準(zhǔn)則和等穩(wěn)定性準(zhǔn)則兩種情況來確定構(gòu)件寬厚比限值。比較寬厚比限值可知,ANSI/AISC 360-10中寬厚比限值與構(gòu)件長細(xì)比無關(guān),GB50017中寬厚比限值與構(gòu)件的長細(xì)比有關(guān),相比之下,我國鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范增加了寬厚比限值對(duì)于構(gòu)件缺陷的敏感,美規(guī)更加嚴(yán)格。4.中美規(guī)范對(duì)實(shí)腹式壓彎構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)都是從強(qiáng)度、整體穩(wěn)定性、局部穩(wěn)定性、剛度四個(gè)方面進(jìn)行考慮;其中,GB50017對(duì)強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性的驗(yàn)算采用了不同的線性相關(guān)公式進(jìn)行驗(yàn)算,ANSI/AISC 360-10將強(qiáng)度和穩(wěn)定性都采用同一個(gè)線性相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算,然后根據(jù)構(gòu)件截面分類發(fā)生的屈曲形式考慮構(gòu)件是強(qiáng)度破壞還是穩(wěn)定性問題。在實(shí)腹式壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定性計(jì)算中,GB50017考慮了壓彎構(gòu)件平面內(nèi)和平面外的穩(wěn)定性,并給出相應(yīng)的計(jì)算公式;ANSI/AISC 360-10并沒有直接區(qū)分構(gòu)件平面內(nèi)和平面外的整體穩(wěn)定性,但ANSI/AISC 360-10首先劃分壓彎構(gòu)件中軸力所占的比例,然后通過考慮構(gòu)件發(fā)生彎曲屈曲和彎扭屈曲兩種屈曲形式來間接考慮了構(gòu)件平面內(nèi)和平面外的整體穩(wěn)定性。關(guān)于局部穩(wěn)定性,中美規(guī)范都采用控制構(gòu)件寬厚比的方式來控制構(gòu)件的局部穩(wěn)定性,GB50017直接給出壓彎構(gòu)件的寬厚比限值,但ANSI/AISC 360-10沒有直限值,也要不超過受彎情況下的寬厚比限值。GB50017-201X考慮到構(gòu)件的局部屈曲對(duì)截面承載能力和轉(zhuǎn)動(dòng)能力的影響程度,將壓彎構(gòu)件的截面分為A、B、C、D、E五接給出壓彎構(gòu)件的寬厚比限值,但要求構(gòu)件的寬厚比既要不超過軸心受壓情況下的寬厚比個(gè)等級(jí),GB50017-2003和ANSI/AISC 360-10都沒有對(duì)壓彎構(gòu)件的截面單獨(dú)的進(jìn)行分類。
【圖文】：

邐Ｖ逡逑圖３－１軸心受壓構(gòu)件荷載－撓度曲線逡逑圖３－１為軸心受壓構(gòu)件的荷載－撓度曲線示意圖，理想軸壓桿的荷載－撓度曲線分岔逡逑出一條水平直線＾對(duì)應(yīng)分岔荷載即為Ｐ？。曲線６和ｃ分別對(duì)應(yīng)于具有幾何初始缺陷但逡逑不考慮殘余應(yīng)力構(gòu)件的彈性荷載－撓度曲線和彈塑性荷載－撓度曲線；對(duì)于不考慮幾何初逡逑始缺陷但包括殘余應(yīng)力的構(gòu)件，荷載－撓度曲線如ｃ／所示。實(shí)際的軸心受壓構(gòu)件既包括幾逡逑何初始缺陷又包括殘余應(yīng)力，為極值點(diǎn)失穩(wěn)，其荷載撓度曲線如ｅ所示。逡逑關(guān)于受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性問題，我國鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范通過引入整體穩(wěn)定系數(shù)ｐ進(jìn)行穩(wěn)定性逡逑設(shè)計(jì)，定性系數(shù)＾計(jì)算公式詳見（３－７），詳見如下：逡逑２２逡逑

１／１０００的初彎曲和不同加工條件以及殘余應(yīng)力，計(jì)算得到９６條曲線，，同類截面和承載逡逑能力相近的按照平均值（即５０％分位值）劃分為ａ、ｂ和ｃ三類柱子曲線，后又增加逡逑適用于厚板構(gòu)件的ｄ類曲線，柱子曲線詳見圖３－２，穩(wěn)定性系數(shù)ｐ的計(jì)算公式為（３－９）逡逑和（３－１０），其中，參數(shù)％、％、％、《４的不同取值對(duì)應(yīng)規(guī)范的四條柱子曲線，如表３－３逡逑所示，根據(jù)這四條曲線將軸心受壓構(gòu)件的截面劃分ａ、ｂ、ｃ、ｄ四類，Ｘ的取值按照公逡逑式（３－１１）計(jì)算。逡逑當(dāng)丁邋Ｓ邋０．２１５時(shí)逡逑（ｐ邋＝邋＼－ａ，Ｉ２邐（３－９）逡逑當(dāng)邋１＂＞０．２１５時(shí)逡逑ｃｐ邋＝邋＾＋邋ａ；Ａ邋＋邋Ａ－邐＋邋0＾又邋＋邋又邋￣—邋４Ａ邋￣邐（３－１０）逡逑１邋＝邋－＾－邐（３－１１）逡逑＾邋Ｖ邋Ｅ逡逑２３逡逑
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU391

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2578504