9 塑性设计

9.1 一般规定

9.1.1

本条明确指出本章的适用范围是超静定梁、单层框架和两层框架。对两层以上的框架，目前我国的理论研究和实践经验较少，故未包括在内。两层以上的无支撑框架，必须按二阶理论进行分析或考虑P-Δ效应。两层以上的有支撑框架，则在支撑构件的设计中，必须考虑二阶（轴力）效应。如果设计者掌握了二阶理论的分析和设计方法，并有足够的依据时，也不排除在两层以上的框架设计中采用塑性设计。

9.1.2

简单塑性理论是指假定材料为理想弹塑性体，荷载按比例增加。计算内力时，考虑发生塑性铰而使结构转化成破坏机构体系。

9.1.3

本条系将原规范条文说明中有关钢材力学性能的要求经修正后列为正文，即’

1. 强屈比 $f_{u}/f_{y}\geq 1.2$

2. 伸长率 $\delta \leq 15$ %

3. 相应于抗拉强度 $f_{u}$ 的应变 $\varepsilon _{u}$ 不小于20倍屈服点应变 $\varepsilon _{y}$ 。

这些都是为了截面充分发展塑性的必要要求。上述第3项要求与原规范不同，原规范为屈服台阶末端的应变 $\varepsilon _{st}\geq 6\varepsilon _{p}$ （ $\varepsilon _{p}$ 指弹性应变），也就是要求钢材有较长的屈服台阶。但有些低合金高强度钢，如15MnV就达不到此项要求，而根据国外规范的有关规定，15MnV可用于塑性设计。现根据欧洲规范EC3-ENV-1993，将此项改为 $\varepsilon _{u}$ ≥20 $\varepsilon _{y}$ （见陈绍蕃编写的《钢结构设计原理》第二版）。

9.1.4

塑性设计要求某些截面形成塑性铰并能产生所需的转动，使结构形成机构，故对构件中的板件宽厚比应严加控制，以避免由于板件局部失稳而降低构件的承载能力。

工字形翼缘板沿纵向均匀受压，可按正交异性板的屈曲问题求解，或用受约束的矩形板的扭转屈曲问题求解。当不考虑腹板对翼缘的约束时（考虑约束提高临界力3%左右），上述两种求解方法有相同的结果’

$\200dpi \tiny \sigma _{er}=\left (\frac{t}{b} \right )^{2}G_{st}$

式中

$\inline b$ 、 $\inline t$ :翼缘板的自由外伸宽度和厚度

$\inline G_{st}$ :钢材剪切应变硬化模量，其值按非连续屈服理论求得：

$\200dpi \tiny G_{st}=\frac{2G}{1+\frac{E}{4\left (1+\upsilon \right )E_{st}}}$

$\inline E_{st}$ :钢材应变硬化模量。

以Q235钢为例，取 $E=206\times 10^{3}N/mm^{2}$ ； $E_{st}=5.6\times 10^{3}N/mm^{2}$ ； $G=E/2.6$ ；；令 $\sigma _{er}=f_{y}=235N/mm^{2}$ ;，即可求得 $b/t=9.13$ ，因此建议 $b/t\leq 9\sqrt{235/f_{y}}$ 。

箱形截面的翼缘板以及压弯构件腹板的宽厚比均可按理论方法求得。本条表9.1.4所建议的宽厚比参考了有关规范或资料的规定。