D8.C.2 设计过程

根据 IS 801 的设计过程基于容许应力法。本质上，原理是确定给定截面轮廓的最大容许设计应力。用于计算容许应力的截面属性基于毛截面属性或基于所施加荷载和所考虑检验的“有效”截面属性。

设计过程根据形成截面轮廓的构件特性而略有不同。IS 801 将形成截面轮廓的构件（平板）分类为以下构件类型：
  • 加劲构件 – 沿两个相对边缘由另一个构件或加劲构件（如卷边）支撑的构件
  • 未加劲构件 – 仅沿一个边缘由另一个构件支撑的构件
  • 多重加劲构件 – 在腹板或加劲构件之间由平行于应力方向的中间加劲件支撑的构件

截面轮廓的各种检验和采用的设计方法取决于形成轮廓的构件类型。以下 IS 801 条款已实施并酌情使用：

  • 条款 5.2.1
    • 条款 5.2.1.1
  • 条款 5.2.3
  • 条款 5.2.4
  • 条款 6.1
    • 条款 6.1.1.1
  • 条款 6.2
  • 条款 6.3
  • 条款 6.4
    • 条款 6.4.1
    • 条款 6.4.2
    • 条款 6.4.3
  • 条款 6.6
    • 条款 6.6.1.1
    • 条款 6.6.1.2
    • 条款 6.6.1.3
  • 条款 6.7
    • 条款 6.7.1
    • 条款 6.7.2
    • 条款 6.7.3
  • 条款 6.8

D8.D.2.1 最大容许截面段尺寸

将根据条款 5.2.3 对形成截面轮廓的翼缘段和根据条款 5.2.4 对腹板段进行检验，以验证最大容许平板宽厚比。注意，条款 5.2.3(d) 将不予考虑，因为这可能根据卷曲量而变化。

D8.D.2.2 最大构件长细比

将对承受压缩的构件进行构件长细比检验。根据条款 6.3.3，受压构件的最大容许长细比将限制为 200。

将计算构件绕局部 z 轴和 y 轴的长细比。如果任一值超过限制值 200，程序将视其为失效准则。注意，受拉构件不进行任何长细比检验。

D8.D.2.3 受拉构件

将对所有受拉构件执行以下检验：

拉伸应力比 = F实际 / F

where

F实际
=
构件上的施加应力。
= 施加拉力 / A
A
=
截面的净截面面积

受拉构件的最大容许设计应力将计算如下：

F = 0.6 × Fy

where

Fy
=
截面的最小屈服强度。

如果要考虑冷加工成型导致的钢材强度提高（参考 CWY 参数），则设计应力将计算如下：

F = 0.6 × Fya

where

Fya
=
全截面的平均屈服点，并将计算为：
Fya = C × Fyc + (1 -C) Fyt。

（有关所用术语的描述，请参考条款 6.6.1.a。）

D8.D.2.4 受压构件

将对所有受压构件执行以下检验：

压缩检验比 = F实际 / Fcap

where

F实际
=
构件上的施加轴向应力
Fcap
=
构件的容许压应力

抗压承载力将按如下方式计算：

  • 对于仅具有加劲构件且不易发生弯扭屈曲的截面形状（方管）：

    最大容许设计应力将计算如下：

    F = 0.6 × Fy

    where

    Fy
    =
    截面的最小屈服强度。

    注意，如果考虑冷加工成型的影响，则必须根据系数 Q 的值确定增强强度 Fya。因此，为确定系数 Q，程序将使用设计应力（= 0.6×Fy）。然后，该系数 Q 将用于确定增强强度 Fya，该强度随后将用于设计检验。

    此设计应力 F 将用于计算截面的有效面积。计算有效面积的步骤包括计算形成轮廓的每个构件的有效宽度。每个构件的有效宽度将按如下所述计算：

    • 对于无中间加劲件的构件：

      此类构件的有效宽度将根据条款 5.2.1.1 中的方程计算（用于封闭方形和矩形管）。使用的“f”值将是上述第 3.2.1 节中的最大容许设计应力 F。

      然后，构件的最大容许压应力 Fc 将根据条款 6.6.1.1 的方程确定。注意，系数 Q 将基于使用上述设计应力 F 确定的有效面积。

    • 对于仅具有加劲构件的截面形状（管截面）：

      方管的最大容许压应力将根据条款 6.8 确定：

      对于 D/t < 232000 / Fy 的截面，F = 0.6 × Fy

      对于 232000 / Fy < D/t < 914000 / Fy 的截面，F = 46540 / (D/t) + 0.399 Fy

      D/t > 914000 / Fy 的截面将不予设计。

      还将进行检验以确保压应力 < 根据 6.6.1.1 对 Q=1 确定的 Fa1。

  • 对于仅具有未加劲构件的截面形状（角钢截面）：

    最大容许设计应力 Fc 将根据条款 6.2(a)、6.2(b)、6.2(c) 或 6.2(d) 中的方程（视情况而定）计算，基于每个构件的板宽厚比。

    此设计应力 Fc 将在检验弯扭/弯扭屈曲失效模式时用于计算系数 Q。注意，由于该截面易受扭屈曲影响，用于根据条款 6.6.1.2/3 计算容许压应力 Fa1 的系数 Q 将计算为具有最大 w/t 比的构件的 Fc 与根据条款 6.1 和 6.2 的基本设计应力之比。

  • 对于同时具有加劲和未加劲构件和/或易受弯扭屈曲影响的截面形状（槽钢、Z 型钢、帽型钢、带卷边槽钢、带卷边 Z 型钢、带卷边角钢截面）：

    这些截面易受弯扭屈曲影响。系数 Q 将根据条款 6.6.1.1(3) 确定为：

    Q = Qs × Qa

    Qs 将计算为具有最大 w/t 比的构件的 Fc 与根据条款 6.1 和 6.2 的基本设计应力之比。

    Qa 将根据条款 6.6.1.1(1) 为加劲构件计算，但 Fa 取为用于计算 Qs 的应力。

    如果 Q =1.0，容许应力 Fa2 将根据条款 6.6.1.2 计算。但如果系数 Q < 1.0，容许应力 Fa2 将根据条款 6.6.1.2 计算，但项 Q 被替换为 Q.Fy。

D.2.5 受弯构件

将对所有受弯构件执行以下检验：

弯曲检验比 = M实际 / Mcap

where

M实际
=
构件上的施加弯曲应力
Mcap
=
构件的容许弯曲应力

此检验将分别针对绕 Z 轴和 Y 轴的弯曲进行。

截面的抗弯承载力将基于最大容许弯曲应力 Fb。受弯构件中的最大容许应力不得超过以下值：

  1. 条款 6.1 给出的极端受拉纤维的最大容许应力
    Fbt_容许 = F = 0.6 × Fy

    where

    Fy
    =
    截面的最小屈服强度
  2. 条款 6.2 给出的极端受压纤维的最大容许应力

    这将根据受压构件的 w/t 比，按照条款 6.2(a)、6.2(b)、6.2(c) 或 6.2(d)（视情况而定）计算。注意，这些条款仅适用于受压的未加劲构件。对于加劲构件，Fb 将取为条款 6.1 给出的值。

  3. 根据条款 6.3(a) 或 6.3(b)（视截面轮廓而定）给出的最大容许侧向屈曲应力。

    此条款仅适用于绕其强轴受弯的截面。对于绕弱轴受弯的截面，此检验将被忽略。

    方程中的惯性矩项 Iyc 和截面模量项 Zxc 将基于整个截面。弯矩系数 Cb 的值将基于正在设计的分析构件的端部弯矩。如果构件同时承受轴向荷载和弯矩，Cb 的值将取为 1.0。

  4. 给定截面（I 型、C 型、帽型、管型、Z 型）腹板中的最大容许弯曲应力 Fbw 应根据规范条款 6.4.2 计算。

对于管截面：

方管的最大容许压应力将根据条款 6.8 确定：

  • 对于 D/t < 232000 / Fy 的截面，F = 0.6 × Fy
  • 对于 232000 / Fy < D/t < 914000 / Fy 的截面，F = 46540 / (D/t) + 0.399 Fy
  • D/t > 914000 / Fy 的截面将不予设计。

D.2.6 受剪构件

施加剪应力将基于给定截面轮廓的计算剪切面积计算。各种形状的剪切面积将取如下：

  • 带卷边角钢
    • 对于沿 Y 轴的剪切：(D-t)×t + 2.0×(卷边长度-t)×t
    • 对于沿 X 轴的剪切：(B-t)×t
  • 角钢
    • 对于沿 Y 轴的剪切：(D-t)×t
    • 对于沿 X 轴的剪切：(B-t)×t
  • 带卷边槽钢
    • 对于沿 Y 轴的剪切：(D-2t)×t + 2.0×(卷边长度-t)×t
    • 对于沿 X 轴的剪切：2.0×B×t
  • 槽钢或檐口撑条
    • 对于沿 Y 轴的剪切：(D-2t)×t
    • 对于沿 X 轴的剪切：2.0×B×t
  • Z 型钢或 Z 型檩条
    • 对于沿 Y 轴的剪切：(D-2t)×t
    • 对于沿 X 轴的剪切：2.0×B×t
  • 带卷边 Z 型钢
    • 对于沿 Y 轴的剪切：(D-2t)×t + 2.0×(卷边长度-t)×t
    • 对于沿 X 轴的剪切：2.0×B×t
  • 帽型钢
    • 对于沿 Y 轴的剪切：2.0 × (D-t)×t
    • 对于沿 X 轴的剪切：B×t + 2.0×(卷边长度-t)×t
  • 方管
    • 对于沿 Y 轴的剪切：2.0×(D-2t)×t
    • 对于沿 X 轴的剪切：2.0×(B-2t)×t
  • 圆管
    • 对于沿 Y 轴的剪切：0.5 ×2×π×r×t
    • 对于沿 X 轴的剪切：0.5 ×2×π×r×t

对于沿局部 Y 轴的剪切检验，截面（I 型、C 型、帽型、管型、Z 型）腹板中的最大容许剪应力 Fv 将根据条款 6.4.1 基于腹板构件的 h/t 比计算。

规范未明确提及沿水平方向（Z 轴）的剪切检验。因此，程序将沿 Z 的最大容许剪应力取为 0.4×Fy。

D.2.7 承受轴向、弯曲和剪切组合作用的构件

  • 承受轴向压缩和弯曲组合作用的构件检验：

    组合应力检验将基于构件是否易受扭屈曲模式影响。实现将考虑所有荷载通过剪切中心施加。

    • 不易受扭屈曲的构件

      对于不易受扭屈曲的构件，将根据条款 6.7.1 检验以下两个相互作用方程：

      where

      fa
      =
      P/ A

      其中 A = 全截面面积

      fbx
      =
      绕 x 轴的最大施加弯曲应力。注意，对于具有加劲受压构件的截面，fb 将基于有效宽度和相应的有效截面模量。
      fby
      =
      绕 y 轴的最大施加弯曲应力。注意，对于具有加劲受压构件的截面，fb 将基于有效宽度和相应的有效截面模量。
      Cm
      =
      基于端部弯矩比的弯矩系数，定义为 0.6- 0.4×M1/M2 ≥ 0.4。M1 和 M2 分别是绕相关轴的较小和较大端部弯矩。
      Fa1
      =
      根据条款 6.6.1.1 的容许压应力
      F’e
      =

      注意，F’e 将针对相应轴计算。

      Fa0
      =
      是使用 L = 0 根据条款 6.6.1.1 的容许压应力。
      Fb1
      =
      无任何侧向屈曲的最大弯曲应力（根据条款 6.1 和 6.2，视情况而定）
    • 易受扭屈曲的构件：
      对于易受扭屈曲的构件，将根据条款 6.7.2(a) 检验以下两个相互作用方程：
      1. 系数 Q = 1.0 的截面：

        将对所有截面轮廓执行以下两个检验：

        where

        fa
        =
        P/ A

        其中 A = 全截面面积

        fb1
        =
        绕相关轴的最大施加弯曲应力。注意，对于具有加劲受压构件的截面，fb 将基于有效宽度和相应的有效截面模量。
        Cm
        =
        基于端部弯矩比的弯矩系数，定义为 0.6- 0.4×M1/M2 ≥ 0.4。M1 和 M2 分别是绕相关轴的较小和较大端部弯矩。注意，使用的端部弯矩将是正在设计的分析构件的端部弯矩。
        Fa1
        =
        根据条款 6.6.1.1 的容许压应力
        F’e
        =

        注意，F’e 将针对相应轴计算。

        Fa0
        =
        使用 L = 0 根据条款 6.6.1.1 的容许压应力。
        Fb1
        =
        无任何侧向屈曲的最大弯曲应力（根据条款 6.1 和 6.2，视情况而定）

        由于荷载被视为通过剪切中心施加，因此条款 6.7.2(b)、6.7.2(c) 和 6.7.2(d) 的检验将不执行。

      2. 系数 Q < 1.0 的截面：

        对于 Q 系数小于 1.0 的构件，将根据条款 6.7.2(a) 执行相互作用检验，但项 Fy 被替换为 Q×Fy。

  • 承受剪切和弯曲组合作用的构件检验：

    仅截面的腹板构件将检验弯曲和剪切力的组合效应。检验将根据条款 6.4.3 进行。将执行以下检验：

    where

    fbw
    =
    翼缘和腹板连接处的施加弯曲应力
    Fbw
    =
    36560000 /(h/t)2 kgf/cm2
    fv
    =
    施加剪应力
    Fv
    =
    根据条款 6.4.1 的容许剪应力，但不限于 0.4×Fy。