知识库 美标冷弯直接强度法(一)

本文将为您介绍如何按照美标冷弯薄壁型钢规范AISI-S100所给出的直接强度法(Direct Strength Method)计算构件的受压强度。该方法基于有限条带法(Finite Strip Method)，将有限条带法的结果代入经验公式验算，相比于传统的有效宽度法(Effective Width Method)更加精确和高效。

有限条带法

有限条带法将杆件沿着长度方向划分为多个条带(Strip)，并假定构件两端边界条件为理想铰接。在构件两端施加单位荷载(单位轴力或者单位弯矩)，通过有限条带法的计算，我们可以获取杆件屈曲临界荷载和屈曲半波长之间的关系。

在RFEM中，您可以看到程序可以输出仅考虑整体屈曲、仅考虑局部屈曲和仅考虑畸变屈曲与屈曲半波长之间的关系，以及同时考虑所有屈曲模式的临界荷载(特征曲线)与屈曲半波长之间的关系。
此处的整体屈曲可能是弯曲屈曲、扭转屈曲、弯曲扭转屈曲或者横向扭转屈曲。
在冷弯构件实际发生屈曲时，其屈曲模式并非单纯的整体屈曲或局部屈曲，而是通常由几种不同的屈曲模式叠加而成。
对于整体屈曲对应的临界荷载，我们可以根据构件有效长度，将屈曲半波长取为有效长度，通过特征曲线获取整体屈曲临界荷载( 、 )。
而局部屈曲、畸变屈曲的曲线呈现先下降、后上升的情况。一般而言，为了保守起见，我们取特征曲线的前两个极值点作为构件的局部屈曲临界荷载( 、 )和畸变屈曲临界荷载( 、 )。

当截面为对称截面时，一般只需要分别计算端部施加单位轴压力、绕两个对称轴的单位弯矩对应的FSM结果，而不必考虑弯矩正负号；而截面是非对称截面时，需要分别计算端部施加单位轴压力、绕两个主轴的单位正负弯矩对应的FSM结果。

名义轴向强度

当截面受拉时，不需要考虑构件的稳定性问题，面积乘以钢材屈服强度，就可以计算得到名义轴心抗拉强度。
当截面受压时，计算流程如下。

弹性屈曲分析

首先我们需要计算全截面受压屈服对应的屈服承载力 ：

其中， 为毛截面面积； 为钢材屈服强度。
以及通过有限条带法获取的临界屈曲荷载：

• • 整体屈曲临界荷载
• • 局部屈曲临界荷载
• • 畸变屈曲临界荷载

整体屈曲名义强度

该步骤用于确定构件在发生整体屈曲(弯曲、扭转、弯扭)时的强度。
通过整体屈曲临界荷载 和屈服承载力 可以计算得到整体长细比 ：

当 时，构件属于短柱/中长柱，

当 时，构件属于长柱，

局部屈曲名义强度

该步骤计算考虑了局部屈曲与整体屈曲相互作用后的强度。同样需要计算局部长细比 ，注意这里使用的是上一步算出的 ，而不是 ：

当局部长细比 时，认为构件强度不会受到局部屈曲影响：

当  时，构件强度受局部屈曲控制：

畸变屈曲名义强度 ( )

畸变屈曲需要作为一种独立的屈曲模式进行验算。计算流程与前文一致，首先需要计算畸变长细比 ：

当畸变长细比 时，认为构件强度不会受到畸变屈曲影响：

当 时，受畸变屈曲控制：

最终的名义强度

受压构件的名义强度 为：