曲钢杆受弯时翼缘面暗载的探讨改后.docVIP

弧曲钢杆翼缘面暗载的探讨 李豪邦 （中国建筑东北设计研究院 沈阳 110006） 提 要：本文提出了在钢结构弧曲杆受弯时，其翼缘面内存在垂直于翼缘面的暗载。并给出了有关计算暗载值的公式。在计算机计算时如按梁单元数据输入，则计算结果中此暗载会被遗失，这将有恐影响结构安全。 关键词：钢结构 弧曲钢杆 暗载 Discussion on the hidden load to the flange side of bended steel composite members with flexural capacity Li Haobang (China Northeast Architectural Design and Research Institute, Shenyang 110006, China) Abstract： The vertical hidden load appeared on the flange side while the bended steel composite members were under the flexural capacity. The related calculation formula for hidden load is proposed. In the computer process, if the data is input according to the beam element, the value of hidden load will be lost in the results. This kind of calculation will be unsafe to the structural design. Key words： steel structure; bended steel composite member; hidden load 首先说明“暗载”一词是笔者为了方便解释与计算弧曲钢杆纵截面内应力而推荐的，利用它可使人们更直观地理解弧曲杆纵截面内应力的走势变化，从而生成清晰的概念。 弧曲钢杆在工程中是多用于钢拱、曲梁、冷弯薄壁拱壳、张弦架以及建筑造型要求为弧曲处的结构，如我国北京新建奥运工程“鸟巢”体育场的屋盖肩部结构、沈阳奥林匹克中心体育场以及诸多的冷弯薄壁拱壳大棚及装饰结构中。 截面为实心的弧形杆，在受弯后其截面上的应力分布与同截面直杆受弯的截面应力分布是存在差异的，有关这方面的力学论证已多见于材料力学文献中的曲杆应力分析。对钢结构而言，由于钢构件中不存在实心截面（钢拉杆除外），皆系由板件——一般是各具不同功能的翼缘板及腹板组成；其中H型钢有上下翼缘与单腹板，箱型截面的方、矩形管有双腹板及上下翼缘。对圆管则属曲板构成，可视其存在近似于方形的、虚拟的上下翼缘及双腹板。这样，对钢结构弧形杆中特殊存在的弧形翼缘板的应力分布应是另有特点，须另作研究。 弧曲钢杆在承受杆外的来力时，不论对杆端是施加压力、拉力、力偶，除承受均匀环拉、环压的圆环外，杆的截面内力中都会有弯矩出现。弧曲杆受弯时对其翼缘与腹板的效应是产生内应力。腹板的内应力状况可近似参照受弯的曲杆确定，而上下翼缘不论其宽厚比大小，皆须考虑因杆件纵向弧曲导致翼缘板处于弧曲状态的情况。设想翼缘处于自由态时，弧曲部必然受拉会抻直、受压会外鼓。但实际存在着腹板（不论是H型钢的单腹板或箱形管的双腹板）对翼缘产生明显的约束，施力给翼缘，使其既不能伸长，也不得外鼓。对此特别明显的约束力的出现，我们应对它探究明白，作深一步的如下研讨。 今以弧曲的受弯矩形管为例来研究其翼缘板内应力的状况。取管断面宽为b，高为h，壁厚为t，纵长向呈曲率半径为R的等曲率弧曲杆件。杆两端承受大小相等，方向相反的一对外力偶M，示如图1(A)。今按常规，弧曲管在左右端外力偶M作用下，上翼缘内产生全宽均等的压应力，其值为σ。今取管上翼缘中任一点的微分条（由两条通过曲率中心的半径切下，条的平均宽为ds，条长等于管宽b）进行分析，见图1(B)。该微分条的左右侧面受到顺弧曲切线方向来的压力，每侧所受该压力的总量为btσ。由于此左右二力相交后夹角中的锐角与微分条宽ds对应的曲率圆心角相同，根据相似比例原则可知该左右二力的合力为btσ，方向向上，有着对微分条向外推出的趋势，限制该微分条被推出的力则只能是位于微分条左 右端的约束——即两侧腹板施力给微分条左右端的集中向下的反力btσ。审视微分条、联想、比对后可判定微分条为一支持于左右腹板之间的，受有均布“暗载”的板，板面所受的暗载量q为 （1） “暗载”作用的方向可根据弧形钢杆的曲率中