资源描述
钢结构 德国工业标准18800第3部分稳定性，板材翘曲除了本标准外，德国工业标准4114第1部分07.55XX和德国工业标准4114第二部分02.53X，包括所有在有关钢结构板材翘曲的欧洲标准出台之前补充上述标准的指示，通知和技术规程，也适用。本标准由建筑标准委员会08钢结构组制定。本德国工业标准18800系列新标准的出台，首次先实现了建筑标准委员会1981年出版的“建筑设备安全要求的确定基础”的安全计划和测定计划。除此之外，也顾及了欧洲正在努力统一标准的新情况。所有提及德国工业标准第1和第2部分的内容都以1990年11月版本为依据。目 录1.一般说明1.1应用范围1.2概念1.3极限条件1.4公式代号2有或无简化检验的构件3翘曲撑条4.作用所产生的应力5.检验6.减少因素7.横撑条的检验8.个别规定9.不可避免的制造不精确性的最高值f10.结构上的要求和注意事项援引的标准和其他文件以前的版本改动部分说明1. 一般说明1.1应用范围(101)支承安全性验证本标准规定了稳定性受到影响的板材钢构件的支承安全性和验证。在这当中，要根据弹性理论从影响的设计值中得出应力(截面尺寸和张力)。该标准始终与德国工业标准18800第1部分结合起来产生效力。该标准的规则适用于其平面受到正交应力和剪应力负荷的加撑条和不加撑条的矩形板材。偏离矩形的板材可以允许作相应的验证。注1:根据本标准的检验符合德国工业标准第1部分第7.4节中的有弹性的有弹性的检验方法在计算上未采用通过可塑平衡的横截面留用或系统留用。注2：德国工业标准18800第2部分第7节对检测翘曲对无撑条横截面构件的杆弯曲的影响作了规定，德国工业标准18800第3部分第5节对检测翘曲对有撑条横截面构件的杆弯曲的影响作了规定。(102)合用性检测合用性检验只有在专业标准提出要求的情况下才进行。注：参阅德国工业标准18800第1部分7.2.3和7.3.1节要点723。1.2概念(103)翘曲一个板材由于翘曲而失灵时，就产生与其平面成垂直的位移。(104)翘曲范围构件中有翘曲危险的矩形板材被称作为翘曲范围。它的纵向边缘朝着构件的纵向轴。翘曲范围可用撑条加固。朝着纵向边的撑条被称作纵向撑条，朝着横向边的撑条被称作横向撑条。人们把翘曲范围分为总范围、部分范围和单独范围(图1)。总范围范围aGbG 部分范围范围a1bG 单独范围范围a1bik图1 翘曲范围(105)总范围总范围是通常固定在纵向边和横向边上的加撑条的或不加撑条的板材(图2)。边也可以有弹性的支撑，纵向边也可无支撑。图2 板条和翼缘板件的板材边缘例举(106)部分范围部分范围是位于相邻的横撑条之间或位于一个横向边和一个相邻横撑条和总范围的纵向边之间的纵向加固的或不加固的板材。(107)单独范围单独范围是位于纵向加固的部分撑条之间或撑条和边之间的不加固的板材。撑条的横截面部分同样是单独范围。(108)标准的翘曲范围宽度总范围和部分范围的标准的翘曲范围宽度bG和单独范围的bik在图3中已确定。图3 标准的翘曲范围宽度bG或bik翘曲范围宽度bG和bik可结合德国工业标准18800第1部分表12和表13作为焊缝边之间的间距予以确定。1.3极限条件(109)对于与板材成垂直的固定的板材边来说，通常可采用一种活节的支架。注：在检验横向撑条时，要注意第7章节。对于通过撑条而构成的单独范围边来说，在检验单独范围时可采用固定的、活节的支架。对于通过横向撑条而构成的部分范围的横向边来说，在检验部分范围时可采用固定的支架。如果根据德国工业标准18800第2部分为撑条作了稳定性检验，就可以在有弹性地支撑纵向边的边撑条处采用固定支架。如果合成的构件的总体稳定性得到了顾及，那么相邻构件的支撑和固定作用可以被考虑到。注：边撑条必须把相邻的部分范围或总范围的正交力份额(包括有可能存在的纵向撑条)转移掉，因为在采用无撑条的纵向边的情况下，它不能由部分范围或总范围转移掉。在这当中要注意边应力比y。如果对于部分范围的纵向撑条来说，有可能引起弯曲的话，那么相邻的单独范围的正交力份额就需要被考虑的。边撑条的有效翼缘板宽度从第3节要点302得出，如果指派给边撑条的来自部分范围的正交力份额大于来自相邻 的单独范围的正交力份额，那么边撑条的有效翼缘板宽度是可靠的。1.4公式代号(110)坐标，应力(图4)x 板材纵向上的轴y 板材横向上的轴sx、sy 轴x和轴y方向上的正交应力(压力为正的)t 剪应力y 受检的翘曲范围内的边应力比，涉及到最大的压力应力图4 应力(111)物理特性参数，强度E 弹性模数fy 延伸限度注：E和fyk的数值，参见德国工业标准18800第1部分表1。(112)辅助代号下标k 一个量值的代表值下标d 一个量值的测量值(113)系统量值a 受检翘曲范围的长度b 受检翘曲范围的宽度a=a/b 纵横比t 板材厚度 基准应力kax，kay，kr 边应力sx、sy或t单独作用下的受检翘曲范围的翘曲值sxPi=ksxse 边应力sx单独作用下的理想翘曲应力syPi=ksyse 边应力sy单独作用下的理想翘曲应力tPi=ktse 边应力t单独作用下的理想翘曲应力 基准细长比或 板材细长比 根据表1第4栏的基准细长比kx，ky，kt 板材翘曲的缩小系数(基准支承翘曲应力)kK 根据德国工业标准18800第2部分3.2.1工要点304 杆弯曲的缩小系数ksxP,R,d,syP,R,d 极限翘曲应力sPK,R,d 类似弯曲杆性能的极限翘曲应力注1：sxPi，syPi，ksx，ksy，kx和ky不用下标x和y，如果有关轴方向x和y不可能混淆的话。注2：基准应力se等同于一个两端不固定的，长度为b，厚度为t的板材条的欧拉式弯曲应力，该板材条的弯曲刚度由板材刚度所替代。以数值E=210000N/mm2和m=0.3，。注3：在计算理想翘曲应力时，适用下列前提条件：虎克定律充分有效。理想的、均质的生产材料理想的平整的铁皮理想的中心的负载分配没有内应力在平衡条件中只考虑位移的线性链节引用线性翘曲理论只是为了确定基准的板材细长比lP，翘曲安全检验必需的缩小系数k就取决于它。下标P表示板材翘曲。注4：基准细长比la是用代表性的生产材料特性值计算出来的，它计为：la92.9针对St37 fy,k240N/mm2la75.9针对St52 fy,k360N/mm2(114)撑条的横截面尺寸和系统尺寸I 二度面积力矩(以前是惯性力矩)，用有效的翼缘板宽度b来计算A 没有有效板材份额的横截面面积 基准的二度面积力矩(刚度) 基准的横截面面积注：以数值m0.3按通常说法，用“刚性”这个名称代替“基准刚性”。(115)部分安全性系数gF 作用的部分安全性系数gM 阻力的部分安全性系数注：gF和gM的数值可从德国工业标准18800第1部分第7节摘取2. 有或无简化检验的构件(201)通过相邻构件的翘曲安全度对于那些通过相邻构件阻止凸出的板材，不必用本标准检验翘曲安全度。注：这一点例如可适用于复式支架的翼缘板板材。但是要根据德国工业标准18800第1部分检验负荷安全度。(202)轧制型材(I，U，HE-A，HE-B，HE-M和IPE)对于那些只通过应力sx和t和通过没有或可忽略不计的应力sy变形的板条，可不必按本标准检验翘曲安全度。根据德国工业标准1025第1部分(I)和德国工业标准1026(U)延伸限度fy,K=240N/mm2或360N/mm2和边应力比y为任意的轧制型材。根据德国工业标准1025第2部分至第5部分(HE-A，HE-B，HE-M，IPE)延伸限度fy,K=240N/mm2和边应力比y0的轧制型材。根据德国工业标准1025第2部分至第5部分(HE-A，HE-B，HE-M，IPE)延伸限度fy,K=360N/mm2和边应力比y0.4的轧制型材。注1：在测出检验限度时考虑了板条对翼缘板的边应力。注2：要根据德国工业标准18800第1部分检验负载安全度(203)紧密横截面的板材如果宽度厚度比为 (1)那么对于带有固定的、通过应力sx和t而变形的纵向边的、不加撑条的部分范围和总范围来说，不必按本标准进行翘曲安全度检验。(204)依照b/t值的检验不做根据第5章节的检验也可以给不加撑条的横截面部分做一个按照条件(2)的检验。b/tgrenz(b/t) (2)注：对于在边应力sx和t同时作用下的不加撑条的，全面支承的部分范围和总范围来说，grenz(b/t)值可以从图5和图6中获取。对于单独范围和小的纵横比a来说，grenz(b/t)值可以大一些。对于ygL*是未知数的话，要使用ks(gL*)和gL。注5：在应力sy时，坐标方向和概念“纵”和“横”可交换。(603)在类似受压杆件状态的缩小系数在类似受压杆件状态情况下，为了求极限翘曲应力，要根据公式(24)求缩小系数kPkkPk(1-Q2)k+Q2kk (24)其中Q 根据公式(21)的加重系数k 根据表1的缩小系数kK 根据德国工业标准18800第2部分的弯曲应力线b的缩小系数，针对带有基准板材细长比的一个假想杆。注1：下标K代表受压杆件，下标P代表板材翘曲注2：根据德国工业标准18800第2部分第3.2.1节公式(4)得出kK：对于0.2：kK10.2：其中：7. 横撑条的检验(701)剪应力t针对剪应力的横撑条的硬度检验，要么通过对总范围的检验来提供，或者通过对起码硬度gQgQ*的检验来提供。在进行总范围检验时，可以运用假想的，四周紧固支撑的总范围的翘曲值。这些总范围由下列组成：带有一个弹性横撑条的两个相邻部分范围和带有两个弹性横撑条的三个相邻的部分范围。在针对部分范围和两个假想的总范围的三个翘曲值中，要使用最小的翘曲值用作检验。注1：拥有起码硬度gQ*的横撑条把横加固的总范围的理想翘曲应力提升到由横撑条产生的部分范围的最小的理想翘曲应力。注2：如果纵撑条没有或者位移地与一个横撑条连接的话，要注意第10节要点1003。(702)在相邻部分范围的加重系数Q0.7情况下的正交应力sx针对正交应力sx的横撑条的硬度检验，要参照要点701进行。这个检验也可按要点703进行。注：加重系数Q在第6节要点602中被明确了定义。(703)在相邻部分范围的加重系数Q0.7情况下的正交应力sx在应力sx单独作用下，要用根据第二规程理论的有弹性有弹性的方法和用下列的假设，对横撑条进行检验：被观察的横撑条(图10)有一个带有凸出部wO=bG/300的正弦形的预弯曲，但是不大于min ai/300(min ai=相邻部分范围的较小长度)和不大于10mm。两个相邻横撑条没有预弯曲，有刚性的，它们旁边的部分范围是铰接的。部分范围通常在被观察的横撑条是铰接的。如果被观察的横撑条旁的部分范围被认为是抗弯直通的话，那么由于与横撑条的共同作用要考虑到它们的负荷。从动载荷移向部分范围的纵向边缘可以被考虑。对于横撑条来说，作为对应力检验的补充，要检验其有弹性的挠曲不大于bG/300。如果横撑条的二度面积力矩符合条件(25)的话，要为两边铰接的横撑条提供所要求的检验。 (32)其中代号意义为：sx 相邻的部分范围的最大边应力sKi/sPi 公式(23)的倒值y 边应力比，但是y0nL 纵向撑条数a1和a2 相邻的部分范围的长度 la 横撑条的基准细长比Max e 对测出应力起标准作用的，横撑条横截面的边缘距离对于带有任何边缘条件的横撑条来说，也可以用根据第1规程理论的有弹性有弹性方法，用根据公式(26)的，在长度bG上固定不变的横负荷作简化的检验。 (26)有弹性的挠曲wel要么可以通过迭代化法求出，或者可以用许可的最大值bG/300予以考虑。图10 根据要素703对横撑条检验时的假设例(704)按计划的横撑条负荷在相邻部分范围的加重系数Q0.7时，作为对根据要点703作检验的补充，在另一个检验时，要同时考虑到来自sx和来自有计划的横撑条负荷的作用；在这当中，有弹性的挠曲不局限于bG/300内。注：如同对要点703的说明，在根据第1规程理论的检验中可以考虑来自sx和有可能情况时来自通过有弹性挠曲的初步作用而产生的有计划的正交力的从动力。(705)终端横撑条板梁和箱形梁终端的横撑条必须用与梁轴平行作用的合力H传输位于板条面上的均布负荷，如果横力V超过了根据公式(27)的理想翘曲横力VPiVPibGttPi (27)超出是可能的，因为须遵守的缩小系数kr可心超过属于理想翘曲横力VPi的综小系数均布负荷要么用合力： (28)定得高于总范围的充分宽度bG(终端横撑条的跨度)或定得高于宽度 (29） 用合力 (30)定较小的合力H是标准的。其中代号意义为：V 梁终端的横力a1 横撑条间距jd 总范围对角线和梁轴之间的角在这些检验中，要顾及到包括板条凸出部分在内的终端横撑条的横截面，要顾及到在成双的终端横撑条情况下的它们的横截面和位于它们之间的板条。注：在理想翘曲剪应力被超出之后，在板条上形成拉力范围。在缩小系数kt上部分地运用这种情况。板条中的相应的纵向拉力H足够精确地产生于根据完整拉力范围4理论的长的板条终端范围(无中间横撑条的板梁)情况下，产生于借助拉力范围模式(这儿为巴斯勒模式5)的带有中间横撑条的板条情况下。图11 长的板条终端范围情况下理想翘曲剪应力被超出时的终端横撑条的负荷图12 在带有中间横撑条的板条情况下理想翘曲剪应力被超出时的终端横撑条的负荷8. 个别规定(801)对于带有横向压应力sy的板材的补充检验对于纵向加撑条的、带有横向压应力sy的板材，作为对翘曲安全度检验的补充，要根据第2规程理论用有弹性有弹性方向和用下列假设对纵向撑条进行检验：被观察的纵向撑条(见图13)有一个正弦形的，有凸出部分的预弯曲wO=min bik/250其中min bik是与纵向撑条相邻的单独范围的较小宽度相邻单独范围的相邻纵向边缘是直的，铰接的和与板材成固定垂直的。单独范围通常在被观察的纵向撑条处是铰接的。如果在被观察的给向撑条旁的单独范围被认为是抗弯直通的话，那么由于与纵向撑条的共同作用要考虑到它们的负荷。图13 对纵向撑条检验时的假设例(802)带有与板材平面成直角的负荷的板材按计划平坦的板材除了其平面的负荷获得与其平面成直角的负荷，检验这种板材可忽略板材弯曲力矩。根据第二规程理论要补充检验在所有作用下根据德国工业标准18800第1部分规定的极限应力得到遵守。注：与板材平面成直角的负荷例如可以是风荷载或水压。(803)按计划微弯曲的板材按计划微弯曲的、可展的、没有横负荷的板材，可以如同平坦板材一样，用保留针对弯曲板材的截面大小的支承条件的方法加以检验。(804)在按计划弯曲的支架中不加撑条的板材按计划弯曲的支架中不加撑条，全面支承的、可展的板材，可以如同平坦的板材一样加以检验，如果对于弯曲半径r来说条件(31)已完成的话。rb2/t (31)(805)在计划弯曲的支架中纵向加撑条的板材对于在按计划弯曲的支架中纵向加撑条板材的单独范围，应用要点804，其中单独范围宽度使用于b。纵向撑条要作为杆按照德国工业标准18800第2部分在正和按计划弯曲的情况下加以检验。其中，板材的支撑作用可通过假设抗弯的、直通的单独范围予以考虑。9. 不可避免的制造不精确性的最高值f(901)常规要求如果不可避免的制造不精确性对翘曲有影响的话，要进行检查试验。在没有负荷状态下存在的与额定形状的偏差，不应超过表2规定的最高值f。注：如果较大数量的同类翘曲范围的测量值中有少于10%的大于最高值f，没有一个个别值大于最高值f1.5倍的话，可视作达到常规要求。(902)特殊要求在带有类似受压杆件状态的翘曲范围和充分利用承受能力的翘曲范围中，在没有负荷状态时，对受压杆件状态来说很关键的，与额定形状的偏差不得超过表2规定的最高值f。注：例如对于在横向有压负荷情况下，一个没有撑条的翘曲范围的类似受压杆件的状态a1，表2第2行的最高值f是关键的。对于一个纵向加撑条的部分范围的类似受压杆件的状态来说，第3行的最高值f，而不是第1行的最高值f是关键的。(903)由于制造不精确最高值f被超出时的措施如果要点(901)或(902)的要求没有遵守，那么在个别情况下作出决定是否有必要作调整工作还是采取其他措施。注：在作出进行调整工作的决定前应始终考虑到，这样做可能产生补充的内应力。也要考虑利用率的问题，在疑惑情况时建议请教静力计算者。10. 结构上的要求和注意事项(1001)撑条和待加固的板材之间的连接纵向撑条总是，横向撑条通常与待加固的板材相连，连接时焊缝可以中断，中断的长度如同切口一样根据要点1005或1006加以限制。(1002)纵向撑条的冲击如果在计算应力时把纵向撑条也算入支承横截面的话，要根据它们的负荷计算它们的冲击表2 板材和撑条的最高值f12341不加固的翘曲范围一般Lm=a 如果a2bLm=2b 如果a2b2带有在横方向的压负荷Lm=b 如果b2aLm=2a 如果b2a3纵向加固的翘曲范围中的纵向撑条4纵向、横向均加固的翘曲范围中的横撑条F是与板材平面成垂直的测量长度(1003)交错排位的或终止的纵撑条在求出现有应力时，交错排位的或终止的纵撑条在它们位移或终止的横截面上不是协同支承的。即使纵向撑条未被算入支承的横截面，要把它们连接到横撑条上，如果条件(32)和(33)已完成。d0.05 (32)s0.6sxP,R,d (33)其中d 一个纵撑条的基准横截面面积s 板材在撑条终端的应力在只有一个纵撑条的总范围中，条件(33)中的系数0.6可以提高到0.8。如果条件(33)未完成的话，那么纵撑条一端和横撑条之间的净宽不能大于加固板材厚度的两倍。如果一个横撑条上的纵向撑条没有或者交错连接的话，要注意下列情况：要么横撑条的弯曲刚性选择得如此大，以致它能在总范围内产生交点线，要么未连接的纵撑条和交错的纵撑条在对总范围作翘曲安全度检验时必须保持在计算之外。(1004)受压撑条的起码扭曲刚度横截面敞开形式的受压撑条和没有或只有微弱的拱曲刚度的受压撑条在 (34)的情况下必须符合条件(35) (35)其中代号意义是：fy,k 撑条延伸极限的典型值IT 二度扭曲表面力矩(Saint-Venant式抗扭强度)IP 针对板材中心的撑条横截面二度极表面力矩。bik 与撑条连接的单独范围的较小宽度对于没有充分利用的单独范围，可以把允许的宽度用于bik。注1：通过条件(35)应达到这一点，即有微弱拱曲刚度的撑条，例如扁钢撑条，不会由于扭曲而在相邻的单独范围内失去作用。对于其拱典刚度不容忽视的翘曲的撑条，例如带有角横截面的翘曲撑条，条件(35)处于安全范围。注2：对于带有在 (36)情况下的横截面的扁钢撑条来说，条件(35)可以用条件(37)的形式写下。 (37)(1005)纵撑条的切口纵向撑条的切口不应大于图12中所规定的。对于切口长度l应遵守下列数值：l6min t 对受压扁钢撑条l8min t 对其他受压撑条l15min t 对不受压撑条其中min t 是在切口交会的板材的较小厚度。在作局部检验时要顾及到横截面的减弱。图14 纵向撑条的切口如果在加固的板材中在撑条部位sxsxP,R,d,l可以用系数：予以放大。然而，最大的切口长度受限制在l=15min t 之内。(1006)横撑条的切口对于带有板条切口的横撑条，例如在有直通纵撑条的交点上，要用横撑条的净惯性力矩Inetto进行翘曲安全度检验。此外，在板条切口处必须转移横力 (38) 其中代号意义是：max e 离横撑条净横截面的重心的较大边间距bG 翘曲范围的宽度(横撑条的跨距)切口不应大于横撑条高度h的60%注：Inetto的计算参照要点307。图15 横撑条切口(1007)不同厚度的纵向受压板材的横冲击如果不同厚度的受压板材(例如单边齐平的)受到横冲击的话，那么冲击部位应在横撑条的附近。如果冲击部位离加固较薄板材的横撑条的距离不超过0.5min bik的话，可不必计算偏心度。对于min bik，要使用厚度变化的单独范围的最小宽度。只有在部分利用单独范围时可以使用计算上允许的单独范围宽度。图16 不同厚度板材的横冲击位置(1008)撑条的交点和接头板在板材的撑条和接头板的交点外，撑条必须与接头板连接，并且没有刚度的明显减小地通过。图17 撑条和接头板交点和纵撑条冲击例(1009)扁钢撑条的冲击在受压区域要用尽量小的偏心度实施扁钢撑条的冲击，否则的话要计算按计划的偏心度。注：偏心度例如可以通过接头板的两边排列加以避免。(1010)延伸极限低于加固板材的撑条如果对于应力s来说，在撑条部分上条件(39)已实现的话，那么对于翘曲撑条可以使用延伸极限低于板材的钢。 (39)(1011)支承点上板梁支架和箱形支架的板条对支承点的的板条通常用至少一个充分翘曲宽度的横撑条(支架高度)加固。如果剪应力t大于理想的剪翘曲应力tP的话，要注意根据第7节要点705的横撑条计算规则。如果根据18800第1部分第7.5.1节要点744没有撑条的力导入条件得到了遵守的话，那么可以在板条上放弃装置横撑条。援引的标准和其他文献DIN 1025第1部分 型钢；热轧工字梁，窄工字梁，尺寸，重量，允许的偏差，静力值DIN 1025第2部分 型钢；热轧工字梁，宽工字梁，IPB和IB系列，尺寸，重量，允许的偏差，静力值DIN 1025第3部分 型钢，热轧工字梁，宽工字梁，轻结构，IPBI系列，尺寸、重量，允许的偏差，静力值DIN 1025第4部分 型钢，热轧工字梁，宽工字梁，加固结构，IPBv系列，尺寸、重量，允许的偏差，静力值DIN 1025第5部分 型钢，热轧工字梁，中宽工字梁，IPE系列，尺寸、重量，允许的偏差，静力值DIN 1026 条钢，型钢，热轧贺角U字钢，尺寸、重量，允许的偏差，静力值DIN 18800第1部分 钢结构；测量和构造DIN 18800第2部分 钢结构；稳定性，杆件和杆件结构1 Lindner,J.和Habermann,W.著，多轴负荷板材的翘曲检验的发展，钢结构57(1998年)，第333-339节，58(1989年)第349-351页。2 Kloppel,K.和Scheer J.著：加固的长方形板材的翘曲值，柏林Ernst und Sohn出版社，1960年3 Kloppel,K和Moller,K.H.著：加固的长方形板材的翘曲值第二卷，柏林Ernst und Sohn出版社，1968年。4 Nolke,H.著：无中间撑条的轻型板梁，钢结构手册第1部分，科隆，钢结构出版社，1982年；523-530页。5 Dubas,P.和Gehri,E.著：钢结构发生的变化和设计，技术委员会报告8，EKS工作组8.3，EKS总秘书处出版，布鲁塞尔/苏黎世，1986年过去版本DIN 4114第1部分：07.52xxDIN 4114第2部分：02.53x修改与DIN 4114第1部分07.52xx和DIN 4114第2部分02.53x相比，作了如下修改：a) 钢结构标准新章程中的标准代号名称。b) 根据不同类型的稳定性能(弯曲、翘曲)对内容重新编排。c) 内容适应了技术水平，并且考虑到了建筑委员会出版的“确定建筑设备安全要求的基础”后对内容进行了全面的修定。33
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