DIN 18800-4(中文)钢架结构-第四部分

UDC693.814.074.43德国标准1990年11月钢架结构对外壳翘曲作安全性分析DIN18800第四部分本条件中采用逗号作为十进位制标记，以与国际标准化组织（ISO）公布的标准准则相一致。在本标准中术语“荷载”是指作用于结构的外力。在含有“荷载”组分的合成术语中，它也是这个意义（见DIN1080第一部分）。1前言该标准是由建筑土木工程标准委员会08部和德国工程钢结构委员会共同制定的。基于设计原理和用公式化的安全性（与结构安全性要求有关的详细规范原理），修订后的系列标准DIN18800为工程师提供了切实可行的标准。该标准由建筑土木工程标准委员会于1981年发布，并且考虑到了与正在致力进行制定的欧洲标准的详细规范相协调。涉及DIN18800的第一部分和第三部分与1990年11月的版本有关。目录1、概述………………………………………………….1.1应用的范围和领域………………………………….1.2原理………………………………………………….1.3通用符号…………………………………………….1.4基本考虑…………………………………………….2、翘曲安全性分析的步骤……………………………...3、容许偏差……………………………………………...4、常量壁厚的柱形壳体………………………………...4.1符号与支撑条件……………………………………..4.2理想的翘曲应力……………………………………..4.2.1轴向压缩…………………………………………...4.2.2环箍压缩…………………………………………...4.2.3剪力………………………………………………...4.3实际翘曲应力………………………………………..4.4作用效果……………………………………………..4.5应力组合……………………………………………..4.5.1存有共同环箍压缩和剪力的轴向压缩…………...4.5.2由于内部压力，存有共同环箍张力的轴向压缩...5、壁厚逐步增加的圆柱………………………………...5.1符号与支撑条件……………………………………..5.2设计壁阶……………………………………………..5.3理想的翘曲应力……………………………………..5.3.1轴向压缩…………………………………………...5.3.2环箍压缩…………………………………………...5.4实际翘曲应力………………………………………..111122566889101010121212131313131314155.5作用效果……………………………………………5.6应力组合……………………………………………5.6.1存有共同环箍压缩和剪力的轴向压缩………….5.6.2由于内部压力，存有共同环箍张力的轴向压缩..6、常量壁厚的锥形外壳……………………………….6.1符号与支撑条件……………………………………6.2理想的翘曲应力……………………………………6.2.1相等的圆柱……………………………………….6.2.2经线压缩………………………………………….6.2.3环箍压缩………………………………………….6.2.4剪力……………………………………………….6.3实际翘曲应力………………………………………6.4作用效果……………………………………………6.5应力组合……………………………………………6.5.1存有共同环箍压缩和剪力的经线压缩………….6.5.2由于内部压力，存有共同环箍张力的经线压缩..7、统一壁厚的球形外壳……………………………….7.1符号与支撑条件……………………………………7.2理想的翘曲应力……………………………………7.3实际翘曲应力………………………………………7.4作用效果……………………………………………7.5应力组合……………………………………………有关的标准和其它文件………………………………...备注……………………………………………………...具体请见本标准的从第2页至第21页。151616161616181818181919192020202020212121212222DIN18800第四部分2注意3:非弹性材料现象可能包括：理想的塑性应力应变曲线(具有明显的屈服应力)或者具有应变硬化现象的塑性应力应变曲线(作为屈服应力的0.2%验证应力)。通常来说，如果实际翘曲应力小于40%的屈服应力，那么对实际翘曲应力并不会有什么很大的作用。(106)极限翘曲应力极限翘曲应力指实际翘曲应力的设计数值。可以通过阻力的部分安全系数，减小实际翘曲应力，从而得出数值。1.3通用符号(107)几何参数trdReVlmK,lmx,lmϕtVUex,ϕzu,v,w壁厚外壳表面中部的半径外壳表面中部的直径球体半径外壳表面中部的设计壁阶计量长度，根据计量长度，确定缺陷陷窝初始深度非圆度偶然偏心率在经线方向(与圆柱的轴向方向相同)与圆周方向上，外壳表面中部的平面坐标垂直于外壳表面中部的坐标垂直于外壳表面中部位移(沿x,与z)的坐标ϕ1、概述1.1应用的范围和领域(101)本标准分析了钢外壳结构的翘曲阻力，并且与DIN18800第1部分一起使用。注意：本标准中的规定还可以用于DIN18800第1部分以外温度下的钢外壳，以及适用于钢以外的金属结构外壳。前提是这些材料属性不同于第1部分规定的属性。值得一提的是，本标准内，计算理想的翘曲应力时，使用了泊松率μ=0.3。(102)极限状态分析在静荷载下，本标准规定了与非加筋外壳(容易出现翘曲)稳定性相关的规则，无论这些是圆柱形(柱形外壳)、截锥(锥形外壳)还是球体(球体外壳)。如果适当地考虑到了支撑条件，那么本标准还适用于柱形、锥形或球体外壳截面、复合外壳的截面以及加筋外壳的相互加筋跨度。注意1:在本标准中，在理想的翘曲应力公式中，“适当地考虑到支撑条件”表示外壳截面的圆周边缘等可以获得充分的精度，不必在计算理想的翘曲应力，受到径向位移的影响。注意2:[1]中的说明与加盘外壳整体翘曲的安全性分析有关，即加强筋的极限状态分析。1.2原理(103)理想的翘曲荷载理想的翘曲荷载是指由弹性理论确定的昀小分叉荷载，前提条件是处于理想的几何、荷载应用、支撑与材料均质的状态，以及全面适用虎克定律，而且没有残余应力。(104)理想的翘曲应力理想的翘曲应力是指与理想的翘曲荷载相关的薄膜应力。(105)实际翘曲应力与理想的翘曲应力不同，实际的翘曲实力指薄膜应力，因为在实际的钢结构作业中，会不可避免地出现几何与结构缺陷，以及非弹性材料现象。这与稳定性限制阻力的特征值相对应(见DIN18800第1部分第745项)。注意1:几何性缺陷是由于构建中的正常外形偏差造成的(例如：昀初的陷窝、非圆性、焊接收缩的扭曲、连接点的偏心)。注意2:结构性缺陷包括由于轧钢、焊接以及材料不均匀和相异性造成的残余应力。外壳表面中部旋转轴图1:几何参数注意:其它特定外壳类型的符号见条款4至7。(108)物理参数与强度E弹性模量DIN18800第四部分3fy屈服应力注意:有关E与fy,k数值，见DIN18800第1部分的表1。(109)下标与前缀Rkdredvorhzul阻力参数参数的特征值参数的设计值减小实际允许注意:“阻力”、“特征值”与“设计值”的定义见DIN18800第1部分的子条款3.1。(110)荷载参数与应力参数qpsnx,n,nϕxϕxσ,ϕσr在径向方向上，与外壳表面中部垂直的区域荷载(在外部压力或内部真空时，数值为正数)在轴向或径向方向上的线条荷载或区域荷载在圆周方向上，在外壳表面中部上的线条荷载轴向、环箍与剪力结果外壳薄膜(外表)上的轴向与环箍应力(在压缩下为正数)外表上的剪力(111)结构参数xσSi,ϕσSi,,τSixσS,R,K,ϕσS,R,K,τS,R,KλSx理想的翘曲应力实际的翘曲应力外壳的非量纲细长度比缩减系数=实际翘曲应力/屈服应力注意:这里的下标S代表外壳翘曲(与DIN18800第1部分中的应力相反)。(112)部分安全系数γM阻力参数的部分安全系数γF作用力的部分安全系数注意1:γM数值从条款2的第206项上获取。注意2:γF数值从DIN18800的第1部分获取。1.4基本考虑(113)要求除了DIN18800第1部分规定的分析，应当按照本标准规定，对翘曲安全性进行分析，确定根据设计作用力得出的重要薄膜应力不高于相对应的极限翘曲应力。注意1:DIN18800第1部分的子条款7.2.1与7.2.2规定了计算作用力的设计值。注意2:DIN18800第1部分对外壳的极限状态分析没有特别规定。在使用DIN18800第1部分第748项规定的故障标准时，无论检查是否包括了弯曲应力与薄膜应力，这都取决于是否需要平衡以及是否只发生一次还是发生了多次。相关的专业标准提供了一些指导方针。KTA实践标准中的3401.2规定了“应力类别”细节。(114)确定实际翘曲应力实际翘曲应力一般按以下情况确定。前提条件是使用了外壳类型的专门支撑，以及符合条款3规定的容许偏差。在分析中，允许翘曲荷载的减小出现容许偏差(由于支撑物笔直程度的正常变化)，但是支撑物的弹性或基础沉降应当没有不规律现象。(115)简化方法外壳翘曲的简化安全性分析可以适用于平板，不考虑曲率，但是应考虑支撑条件以及外表上的应力结果。2、翘曲安全性分析的步骤(201)理想的翘曲应力应当通过条款4至7的公式获得理想的翘曲应力xσSi,ϕσSi,。如果可以确定明确临界翘曲形式(即在昀低特征值下的结果)，那么还可以通过合适的计算方法(例如有限的要素方法)，确定这些应力。注意:使用经典的线性翘曲理论，可以确定出条款4至7的公式。计算时，外壳应力状态越是精确(在翘曲之前)，那么数值会越小。这样的需求并不需要使用，这是因为这些差异以及根据标准获得的理想翘曲应力是由第204项的缩减系数造成的。(202)非量纲细长度使用公式(1)至(3)，可以从理想的翘曲应力得出非量纲细长度λS。λSx=xSik,yfσ(1)ϕλS=Sik,yfϕσ(2)τλS=Sik,y3fτ(3)注意:这里使用的非量纲细长度与压缩和弯曲状态(λK与λM)下的线性构件非量纲细长度相对应。在DIN18800第2部分和DIN18800第3部分中的非量纲板块细长度λP并不与原先DASt-Richt-linie013中的非量纲细长度λS相同。DIN18800第四部分4(203)实际翘曲应力应当将缩减系数x确定为λS的应变量。根据公式(4)至(6)，实际翘曲应力xσS,R,K,ϕσS,R,K,τS,R,K可以通过将这些系数乘以特征屈服应力得到。xσS,R,K=x·fy,k(4)其中:x=f(λSX)ϕσS,R,K=x·fy,k(5)其中:x=f(λSϕ)τS,R,K=x3fk,y(6)其中:x=f(λSτ)注意:上述步骤中使用了屈服应力的缩减系数(非量纲细度度率的应变量)，该步骤符合检查其它钢结构稳定性(见DIN18800第2与第3部分)的步骤。(204)缩减系数应当通过公式(7)或(8)，得出缩减系数x，作为外壳与荷载情况(见子条款4.3、5.4、6.3与7.3)的应变量。在翘曲情况下，其外壳属于正常的缺陷敏感度：λS≤0.4:0.4＜λS＜1.2:1.2≤λSx1=1(7a)x1=1.274－0.686λS(7b)x1=0.65/λS(7c)在翘曲情况下，其外壳属于高度的缺陷敏感度：λS≤0.25:0.25＜λS≤1.0:1.0＜λS≤1.5:1.5＜λS:x2=1(8a)x2=1.233－0.933λS(8b)x2=0.3/3Sλ(8c)x2=0.2/2Sλ(8d)图2：缩减系数λ作为λS的应变量注意:缩减系数λ包括了几何与结构缺陷、以及非弹性材料行为(见第105项的说明)的效果。缺陷敏感度的差异取决于外壳类型和荷载情况，而且是由于系数x1与x2的幅度差异造成的。(205)极限翘曲应力应当通过公式(9)至(11)得出极限翘曲应力：xσS,R,d=xσS,R,k/γM(9)ϕσS,R,d=xσS,R,k/γM(10)τS,R,d=τS,