D9.B.2 构件承载力

根据 AIJ 2005 进行的构件设计和规范检验基于容许应力设计法。这是一种在使用条件下，根据设计荷载和力、容许应力以及适当材料的设计限制来配置结构构件的方法。构件承载力的基本度量是构件在各种施加荷载条件下的容许应力，例如容许拉应力、容许压应力等。这些取决于多个因素，如截面属性、长细比因子、无支撑宽厚比等。这里解释了在 STAAD.Pro 中计算此类承载力的程序。

D9.B.2.1设计能力

所有可用截面类型，如 H 型、I 型、L 型、槽钢、方管、圆管、棱形截面等，都可以用作构件属性，并且如果请求钢结构设计，STAAD.Pro 将自动采用该特定截面的设计程序。STAAD.Pro 内可用的钢表或 UPTABLE 工具可用于构件属性。

D9.B.2.2方法

对于钢结构设计，STAAD.Pro 将实际应力与 AIJ 规范要求的容许应力进行比较。设计程序包括以下三个步骤。

  1. 截面属性计算

    程序从内置钢表中提取截面属性，包括截面积 A、绕 Y 和 Z 轴的惯性矩 Iyy 和 Izz ，以及圣维南扭转常数 J。然后程序使用适当的公式计算弹性截面模量 Zz 和 Zy 、扭转截面模量 Zx ，以及回转半径 iy 和 iz 。

  2. 实际应力和容许应力计算

    程序通过以下方法计算实际应力和容许应力：

    1. 轴力应力：

      实际拉应力，

      FT = 力 / ( A × NSF )

      where

      NSF
      =
      作为设计参数输入的受拉净截面系数

      实际压应力，FC = 力 / A

      容许拉应力，ft

      • = FYLD / 1.5（对于永久工况）
      • = FYLD（对于临时工况）

      where

      FYLD
      =
      作为设计参数输入的屈服应力

      容许压应力，fc

      = fc x 1.5（对于临时工况）

      where

      Λ
      =
      ν
      =
      λ
      =
      最大长细比，考虑两个主轴
      E
      =
      钢的弹性模量（杨氏模量）

      实际扭转应力，ft = 扭矩 / Zx

      where

      Zx
      =
      J / max(tf, tw)
      tf
      =
      翼缘厚度
      tw
      =
      腹板厚度

    2. 弯曲应力：

      My 的实际弯曲应力（受压）：

      ( Fbcy) = My / Zcy

      Mz 的实际弯曲应力（受压）

      ( Fbcz) = Mz / Zcz

      My 的实际弯曲应力（受拉）

      ( Fbty ) = My / Zty

      Mz 的实际弯曲应力（受拉）

      ( Fbtz ) = Mz / Ztz

      where

      Zcy , Zcz
      =
      分别由于绕 y 和 z 轴弯曲引起的受压弹性截面模量
      Zty , Ztz
      =
      分别由于绕 y 和 z 轴弯曲引起的受拉弹性截面模量

      My 的容许弯曲应力

      (fbcy) = ft

      Mz 的容许弯曲应力

      当 λb ≤ pλb 时， fb = F/ν

      当 pλb < λb ≤ eλb 时，

      当 eλb < λb 时，

      where

      λb
      =
      eλb
      =
      ν
      =
      Me
      =
      pλb
      =

      或如果 PLB 不为 0，则取其值

      C
      =
      1.75 + 1.05 (M2 / M1) + 0.3 (M2 / M1)2 ≤ 2.3
      M1
      =
      绕主轴端部弯矩的较大值
      M2
      =
      绕主轴端部弯矩的较小值

      对于临时工况，fbcz = 1.5 x（永久工况的 fbcz ）

      where

      ft
      =
      My 的容许弯曲应力，fbty
      fbcz
      =
      Mz 的容许弯曲应力，fbtz

    3. 剪应力

      实际剪应力通过以下公式计算：

      Qy = Fy / Aww

      where

      Aww
      =
      腹板剪切面积 = 高度乘以腹板厚度
      Qz = Fz / Aff

      where

      Aff
      =
      翼缘剪切面积 = 2/3 乘以总翼缘面积

      容许剪应力：

      • 永久荷载：fs = (Fy/√(3))/ 1.5
      • 临时荷载： fs = Fy / √(3)

      where

      Fy
      =
      钢的屈服强度，由 FYLD 参数指定。

  3. 检查设计要求：

    使用用户提供的 RATIO 值（默认 1.0）来检查设计要求：

    检查以下条件是否符合 AIJ 规范。对于所有条件，计算值不应超过 RATIO 的值。如果任何条件的值超过 RATIO，程序将给出截面失败的提示。

    条件：

    1. 轴拉应力比 = FT / ft
    2. 轴压应力比 = FC / fc
    3. 组合压弯受压比 = FC / fc+Fbcz/fbcz+Fbcy/fbcy
    4. 组合压弯受拉比 = (Fbtz+Fbty-FC) / ft
    5. 组合拉弯受拉比 = (FT+Fbtz+Fbty) / ft

    6. 组合拉弯受压比 = Fbcz/fbcz+Fbcy/fbcy- FT/ft

    7. Y 向剪应力比 = qy / fs
    8. Z 向剪应力比 = qz / fs
    9. von Mises 应力比（如果设置了检查 von Mises 应力）= fm/(k⋅ft)