專利名稱：設(shè)計構(gòu)件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的說明本發(fā)明涉及用于設(shè)計構(gòu)件、特別是但不限于設(shè)計結(jié)構(gòu)梁的方法。
當(dāng)設(shè)計或選擇構(gòu)件以實現(xiàn)所需的功能時，設(shè)計者必須考慮范圍廣泛的因素，例如構(gòu)件所要承擔(dān)的負荷，構(gòu)件的尺寸，構(gòu)件中是否提供開口及構(gòu)件的成本。為優(yōu)化所有相關(guān)的因素可能是一個冗長的過程。在這種構(gòu)件中，可能希望提供一個或多個孔以允許作為建筑物維修通道并降低梁的重量。在一般包括腹板的構(gòu)件中，這種孔可以在腹板中提供。
本發(fā)明的目的是要提供設(shè)計構(gòu)件一種新的或改進的方法。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了設(shè)計構(gòu)件的一種方法，該方法包括提供構(gòu)件的多個參數(shù)及由其要支撐的多個負荷的數(shù)值，包括進行的分析步驟，該步驟在所述構(gòu)件上多個離散位置處計算所述構(gòu)件多個性質(zhì)，并顯示所述分析步驟的結(jié)果。
其中構(gòu)件要包括一個孔，所述參數(shù)的至少一個可以是所述孔的參數(shù)，且所述性質(zhì)的至少一個可以是所述構(gòu)件在所述孔處的性質(zhì)。
該方法還可包括比較步驟，比較所述性質(zhì)至少之一與預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)。
所述多個位置可包括位于沿所述構(gòu)件縱向分布定位的所述構(gòu)件多個斷面。
該方法可包括顯示步驟，顯示其中所需的所述性質(zhì)之一對所述預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)具有最大偏差值的斷面。
該方法可包括改變一個或多個所述多個參數(shù)值的步驟，使得所述性質(zhì)的值對所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的所述偏差被降低。
多個性質(zhì)可以與對應(yīng)的多個預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)之一比較。
每一性質(zhì)與對應(yīng)的預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的所述比較可表示為歸一因子，使得凡是所述歸一因子大于1的地方所述性質(zhì)是一失敗模式。
所述構(gòu)件可包括腹板及至少一個凸緣，且所述參數(shù)可包括腹板及凸緣的厚度與深度。
該方法可包括選擇步驟，從對于所述參數(shù)和/或所述負荷的預(yù)定值的庫，選擇所述構(gòu)件的所述參數(shù)和/或施加到所述構(gòu)件的所述負荷至少之一。
該方法可包括這樣的步驟，即對于每一離散的位置對多個性質(zhì)計算歸一值，并對于每一性質(zhì)顯示有最小可接受歸一值的位置。
該方法可包括一輸出階段，提供包括構(gòu)件參數(shù)的輸出。
該方法還可包括根據(jù)所述輸出制造構(gòu)件的步驟。
輸出可以是便攜的或可傳輸?shù)男问健?br> 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種構(gòu)件，其中所述構(gòu)件通過根據(jù)本發(fā)明的第一方面的方法設(shè)計。
構(gòu)件可包括板形金屬。
構(gòu)件可設(shè)有孔。
構(gòu)件可包括復(fù)合梁。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的第一方面的方法的計算機程序。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了以根據(jù)本發(fā)明第三方面的程序被編程的計算機。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了用于制造構(gòu)件的制造裝置，包括根據(jù)本發(fā)明第四方面的計算機和制造設(shè)備，其中從所述計算機向所述制造設(shè)備提供輸出以控制所述制造設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了制造構(gòu)件的方法，包括向制造設(shè)備提供來自根據(jù)本發(fā)明第三方面的計算機程序的輸出，以便控制所述制造設(shè)備。
傳輸來自計算機程序的輸出的步驟可包括準(zhǔn)備數(shù)據(jù)文件的步驟。
現(xiàn)在通過僅參照附圖為例對本發(fā)明進行說明，其中

圖1a是構(gòu)件第一例的側(cè)視圖，圖1b是構(gòu)件第二例的側(cè)視圖，
圖1c是構(gòu)件第三例的側(cè)視圖，圖1d是構(gòu)件第四例的側(cè)視圖，圖2是構(gòu)件第五例的側(cè)視圖，圖3a是根據(jù)本發(fā)明方法的第一階段的流程圖，圖3b是根據(jù)本發(fā)明方法的第二階段的流程圖，及圖3c是根據(jù)本發(fā)明方法的第三階段的流程圖。
在這例子中，根據(jù)本發(fā)明的方法要用于包含梁的構(gòu)件。這種梁一般是水平方向配置的，以提供支撐地板或天花板的柵格部件。這種梁可包括復(fù)合梁，這是支撐混凝土板的至少一部分以形成地板的梁，且這種梁借助于容納在所述混凝土板中的所述梁的上表面上的凸起成為所述板的關(guān)鍵支撐物。就梁的尺寸而言與其它形式可能作到的相比，這種結(jié)構(gòu)允許梁設(shè)有更大的跨度或支撐更大的載荷。柵格一般包括通常稱為主梁和次梁的許多這種梁。混凝土板負荷首先傳到在主梁之間延伸的次梁，并因此再傳到在例如支柱這樣的適當(dāng)?shù)闹挝镏g延伸的主梁。
如圖所示，梁在其縱長的部分或整個上可以是棱柱形的或非棱柱形的。參見圖1a，包括梁10的一構(gòu)件表示為帶有一服務(wù)性管道11。梁10有由腹板14連接的一上凸緣12和一下凸緣13。在腹板14中設(shè)有一般是關(guān)于梁的中點對稱配置的一對伸長的孔15。上凸緣12和下凸緣13不是平行的而是有錐度的，朝向梁10的中點方向梁的深度增加。這種結(jié)構(gòu)稱為‘單錐形’。凸緣13的角度轉(zhuǎn)變的點稱為‘轉(zhuǎn)變點’并在圖中由X表示。腹板厚度的轉(zhuǎn)變也稱為‘轉(zhuǎn)變點’。
圖1b示出類似于圖1a的梁的梁10，但設(shè)有其上凸緣12和下凸緣13一般是平行的端部10a，這稱為‘曲折的錐形’。梁10還包括開在腹板14中的圓形孔16。
圖1c示出具有其上凸緣與下凸緣一般為平行的中心部分10b的梁10，這是稱為‘雙錐形’的結(jié)構(gòu)，其中關(guān)于梁10的中點一般對稱地配置有一對矩形孔17。圖1d示出類似于圖1c的梁10，但設(shè)有類似于圖1a的梁的樣子的端部，并帶有單個的孔17，稱為‘鷗形翼’。
圖2示出具有上凸緣21和下凸緣22的梁20，凸緣由設(shè)有多個圓形孔24的腹板23彼此連接。
圖1a-1d，2中所示的梁10，20的結(jié)構(gòu)不是唯有的，而只是簡單地示例可自由選擇設(shè)計者可用的梁的尺寸和形狀。按需要梁可以是非對稱的，彎曲的，錐形的或多面的。孔15，16，17一般所示是對稱分布在梁上，但可以對稱或以其它方式位于梁上任何所需的地方。
現(xiàn)在參見圖3a到3c，根據(jù)本發(fā)明的方法的各步驟如流程圖所示。該方法可分解為三個階段，首先，如圖3a所示的輸入階段，如圖3b所示的分析階段及如圖3C所示的輸出階段。在本例子中，該方法設(shè)想由計算機程序和設(shè)計者執(zhí)行。
在該方法的輸入階段，輸入梁和負荷及梁的應(yīng)用的相關(guān)參數(shù)。在步驟1.1，可以從預(yù)定的梁的類型庫選擇梁的類型，或者代替這種方式可由設(shè)計者提供定制的梁類型。
在步驟1.2到1.5，提供關(guān)于梁的尺寸和負荷的數(shù)據(jù)。在步驟1.2，確定梁是地板還是天花板梁，梁是否是內(nèi)部梁還是邊緣梁，梁所跨的距離及到每一側(cè)相鄰的梁的距離。然后提供由梁所支撐的板面的輪廓。又該輪廓可從預(yù)定的輪廓庫中選擇，或可以提供優(yōu)選的輪廓參數(shù)。然后輸入地板平面設(shè)計，包括板面的定向，位置及次梁的數(shù)目和梁的約束細節(jié)。然后輸入要由梁支撐的混凝土板的細節(jié)，包括板的深度，板的成分及板中提供的鋼筋網(wǎng)格的類型與等級。
在步驟1.6和1.7，輸入要由建筑物承擔(dān)的負荷的細節(jié)，包括強置的、工作的及風(fēng)負荷，任何局部安全因素及自然頻率與結(jié)構(gòu)撓度的限制。
在步驟1.7，輸入任何除了由地板平面設(shè)計所強置那些負荷以外的負荷與負荷細節(jié)，包括點負荷和均勻分布的負荷。這種輸入能夠通過顯示典型的框架(bay)結(jié)構(gòu)被確認。
如果要使用剪力接合器，在步驟1.8要輸入數(shù)目和間隔。
在步驟1.9，1.10和1.11，提供梁的參數(shù)，特別是頂部和底部凸緣尺寸，腹板深度及厚度及梁中任何轉(zhuǎn)變點的細節(jié)，同時有腹板中任何孔的數(shù)目、間隔和尺寸以及提供梁的任何加強桿。
這樣，輸入階段允許設(shè)計者提供梁的形狀，腹板開口，腹板加強桿，轉(zhuǎn)變點之間梁的幾何圖形的細節(jié)及其它所需的參數(shù)。這種參數(shù)可從預(yù)定的形狀或參數(shù)庫中選擇，或該方法在計算機程序上實現(xiàn)時，可由所述程序確定。
可以設(shè)想，該方法在計算機程序上或其它方式實現(xiàn)時，可提供適當(dāng)?shù)膱D形顯示，以確認輸入的參數(shù)。
一旦已經(jīng)對這些參數(shù)提供了所需的值，這時就執(zhí)行分析階段。
現(xiàn)在參見圖3b，分析階段要求進一步的信息是關(guān)于梁是否是復(fù)合梁，及它是否被支撐及鋼材的等級。這時在圖3中的步驟2.2，2.3和2.4中進行對三個計算狀態(tài)的檢驗。
步驟2.2是所謂“正常狀態(tài)”，其中對按完工的建筑物狀態(tài)下，即當(dāng)梁形成為其一部分的結(jié)構(gòu)完成時的梁的性質(zhì)進行檢驗。對多個離散位置每一處的多個性質(zhì)進行極限計算，在本例子中各離散斷面在沿梁的縱長縱向間隔分布。各斷面可以彼此是等距，或必要時可以是其它方式間隔開的。在步驟2.2，首先計算施加的負荷，然后計算四個主要的性質(zhì)；1)梁上的垂直剪力和撓矩，2)撓矩和垂直剪力的相互作用3)梁的橫向扭轉(zhuǎn)彎曲，及4)混凝土縱向剪阻力。
可計算的進一步的性質(zhì)包括任何必須的橫向加強筋及焊口(weldthroat)厚度。
所計算的值與預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)比較，并對于具有性質(zhì)的最小可接受計算值的離散斷面計算歸一值。
對于給定的性質(zhì)歸一值是一指示對于給定的性質(zhì)所計算的值是否滿足預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的小于一的值。如果歸一值大于1，這指示模式是失敗的，即所計算的值不滿足預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)。一個為1的值表明性質(zhì)的值剛好滿足預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，而小于一則表明性質(zhì)的值比足以滿足標(biāo)準(zhǔn)要大。實際上，設(shè)計的優(yōu)化要求每個歸一值小于但接近1。可通過對計算值與構(gòu)件中實際的力的比值進行而計算出歸一值。
在梁包括有不同錐形的相鄰斷面時，要計算與在兩個這種斷面之間接合處或附近的腹板和凸緣的穩(wěn)定性相關(guān)的性質(zhì)。這些性質(zhì)包括1)最大轉(zhuǎn)變角，即兩個斷面之間錐形角的最大差，2)腹板壓曲抗力，及3)腹板承壓強度。
對于腹板壓曲抗力及腹板承壓強度，計算值與預(yù)定的值比較，并對于該性質(zhì)具有最小可接受計算值的離散斷面計算歸一值。
在腹板設(shè)有一個或多個孔的情形下，本例子中在孔周圍多個點進行進一步的計算。
使用這些計算的結(jié)果，對于的每一個以下性質(zhì)計算每一表示失敗模式的歸一值；1)修改垂直剪力的計算，2)垂直剪力和撓矩的相互作用，3)空腹(弗倫第爾)梁負荷量，4)腹板屈曲負荷量，及5)腹板柱水平剪力。
在分析階段后來的步驟2.3中，對于當(dāng)梁處于其本來狀態(tài)但沒有例如來自地板的負荷時的狀態(tài)，檢驗梁的性質(zhì)的所謂‘構(gòu)建狀態(tài)’。要檢驗以下的性質(zhì)；1)在沒有混凝土板情形下?lián)暇睾痛怪奔袅Φ南嗷プ饔茫?)梁的橫向扭轉(zhuǎn)彎曲。
在腹板中設(shè)有孔時，如以上步驟2.2那樣對于通過孔或每一孔的中心線的斷面計算以下性質(zhì)；1)修改垂直剪力的計算，2)垂直剪力和撓矩的相互作用，3)空腹梁(弗倫第爾)負荷量，4)腹板屈曲負荷量，及
5)腹板柱水平剪力。
又對每一性質(zhì)的計算值與預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)進行比較，并對于該性質(zhì)具有最小可接受計算值的離散斷面計算歸一值。
在這分析階段的步驟2.4，即“適用性狀態(tài)”，計算以下性質(zhì)。
1)混凝土壓縮應(yīng)力2)鋼材張應(yīng)力3)鋼材壓縮應(yīng)力4)梁振動的自然頻率如同以上步驟2.2將2.3中那樣，對于這些性質(zhì)的每一個計算歸一值。
在適用性狀態(tài)中，還可對梁的撓度進行檢驗。在構(gòu)建狀態(tài)下?lián)隙葯z驗可包括當(dāng)在被支撐或非被支撐時梁的自重撓度。在正常狀態(tài)下，基于復(fù)合梁的性質(zhì)可計算因施加載荷或疊加載荷的撓度，并進行總撓度檢驗。本例子中的撓度檢驗不產(chǎn)生歸一值，而是與由設(shè)計者提供的預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，例如梁的最大可接受總撓度，進行比較。本例子中，撓度檢驗是可選的，并可由設(shè)計者選擇或省略任何或所有撓度檢驗。
在顯示步驟2.5，對于該性質(zhì)具有最小可接受計算值離散斷面，與對應(yīng)于歸一值的‘標(biāo)準(zhǔn)值，或其它與對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)比較的指示，或?qū)τ谠撔再|(zhì)適當(dāng)計算的值’，一同顯示每一性質(zhì)。
如果在步驟2.6步驟值是可接受的，設(shè)計者進到進到該方法的階段3。在如步驟2.7歸一值超過1的情形下，在相關(guān)斷面對于該性質(zhì)的值是危險的，因而很可能導(dǎo)致梁的破壞。這樣顯示的該信息提請設(shè)計者注意這時的梁是有缺陷的。然后設(shè)計者可以修改參數(shù)值(步驟2.7A)，并在輸入步驟1.1提供修改的參數(shù)。
然后設(shè)計者返回輸入階段據(jù)此修改梁的細節(jié)。
然而，當(dāng)歸一因子顯著低于1(步驟2.8)時，這指出對于所要加的載荷梁是過設(shè)計的。降低梁的重量，成本等，可望增加歸一因子趨近1，同時保持低于1，這樣就優(yōu)化了設(shè)計。這樣顯示的信息允許設(shè)計者快速識別出梁的哪些斷面設(shè)計上能夠被優(yōu)化，并據(jù)此修改梁的參數(shù)(步驟2.8A)。被修改的參數(shù)值在步驟1.10輸入。
修改梁的參數(shù)及檢查計算的歸一因子的過程能夠反復(fù)進行，直到在步驟2.6臨界因子是可接受的，即歸一因子全部在1以下但充分接近1，以至設(shè)計被充分優(yōu)化，于是方法進到輸出階段。
在輸出階段，如圖3c所示，細節(jié)在步驟3.1被輸出，例如通過保存到數(shù)據(jù)文件，或以任何其它所需的格式。當(dāng)梁的參數(shù)被輸出時，參數(shù)可作為例如以標(biāo)準(zhǔn)格式被打印的文擋提供，或作為適當(dāng)格式的計算機數(shù)據(jù)文件提供，例如在計算機盤磁帶或任何其它介質(zhì)，或顯示在屏幕上，或以任何所需的形式。可以設(shè)想，這種數(shù)據(jù)文件例如可以通過電子郵件傳送到客戶和/或梁的制造者。在步驟3.2，過程對所有需要進行設(shè)計的梁重復(fù)。最后，在步驟3.3，當(dāng)對于所有的梁所需的參數(shù)都確定了時，可能是在這一階段，可對梁的設(shè)計、提供和制造成本的與供應(yīng)者接觸，或者可以據(jù)此從預(yù)定的梁的類型庫指示并選擇最接近的匹配。
當(dāng)達到了適當(dāng)?shù)淖罱K設(shè)計時，可根據(jù)設(shè)計對構(gòu)件的成本進行計算，準(zhǔn)備制造圖，或?qū)χ圃煸O(shè)備進行控制以便按設(shè)計制造構(gòu)件。這種制造設(shè)備例如可包括切割裝置，以便切割鋼金屬提供所需的腹板部件和/或凸緣部件，并可進而在腹板部件中切割孔。另外制造設(shè)備可進而包括焊接裝置，以便結(jié)合腹板部件和凸緣部件以形成梁。這種設(shè)備在我們的共同未決申請No.GB9926197.6.公開。當(dāng)然，按需要可使用任何適當(dāng)?shù)闹圃煸O(shè)備。在使用計算機程序執(zhí)行該方法時，可提供計算機作為包括所述制造設(shè)備的制造裝置的一部分。
在庫中提供多種標(biāo)準(zhǔn)的梁參數(shù)作為程序的一部分，這使得某些或所有梁的參數(shù)無需由設(shè)計者提供，于是進一步加速了設(shè)計過程。
這里所述及以下更為詳細討論的分析階段，提供了比已知的方法更為嚴格的振動分析。對于比先前已知的技術(shù)，例如有限元分析和彈性分析程序，梁在預(yù)定斷面的性質(zhì)的計算提供了分析階段的更快速的實現(xiàn)。
分析階段的詳細討論步驟2.2正常狀態(tài)使用混凝土的干密度并添加梁和蓋板的重量，在輸入階段除了均勻分布的負荷及特別附加的負荷之外，還計算自重負荷。
斷面剪力檢查當(dāng)只檢查斷面剪力時，忽略混凝土板的作用而計算剪力容量。因而必須參照BS5950Part 1 cl.4.2.3(剪力屈服阻力)及cl.4.4.5(剪力屈曲阻力)。當(dāng)d/t超過63ε(其中ε＝√{275/py})時，斷面腹板被分級為薄型。這種情形下，軟件使用在BS 5950中提出過程Part 1(Annex H2)“使用張力場作用剪力屈曲阻力”。
臨界位置在左手支撐物，其中這種情形下腹板不是薄的，剪力屈服容量計算為Pv＝0.6pyAv。
剪力連接度剪力連接度定義為裝設(shè)的剪力連接件數(shù)目與完全相互作用所必須的連接件數(shù)目之間的比值。這是根據(jù)BS5950Part 3 cl.5.4.4.1Np＝Fp/Qp計算的，其中Qp是正力矩區(qū)(BS5950Part 3 cl.5.4.3-a)中的剪力連接件容量，F(xiàn)p是在最大正力矩點混凝土凸緣中的縱向壓縮力。它取作為Apy與0.45fcu乘以有效橫斷面內(nèi)混凝土面積的較小的。
由于BS5950Part 3沒有函蓋非對稱梁的情形，剪力連接最小度要根據(jù)EC4 cl.6.1.2計算。對于跨度5和25m之間相等的凸緣梁建議Na/Np≥0.25+0.03L。
撓矩與垂直剪力的相互作用垂直剪力容量在與撓矩相互作用的情形下，已經(jīng)允許混凝土板對斷面剪力容量的作用。這是根據(jù)對于沖剪的規(guī)則BS5950Part 4計算的。
在腹板不是薄板時，由于屈服而發(fā)生失效，并根據(jù)BS5950Part 1cl.4.2.3計算剪力容量。
使混凝土應(yīng)力乘以混凝土斷面的有效面積計算混凝土的剪力容量。其深度等于板的凈厚度，而其寬度等于梁的每一側(cè)鋼制頂部凸緣幅寬加上1.5倍凸緣凈深度。
撓矩容量縱向剪阻力Rq(在BS5950Part 1 Appendix B2中定義)用來定義在壓縮dc＝(Ds-Dp)Rq/Rc中的混凝土深度。在對于局部剪力相互作用計算復(fù)合斷面的彎曲容量中它代替板的凈深度(Ds-Dp)。
在單支撐的梁中，根據(jù)BS5950Part 3 cl.4.6計算中間跨度的有效寬度。由于梁是被簡單支撐的，零力矩點之間的距離等于梁的寬度，因而Beff＝2L/8。有效寬度已假設(shè)沿梁的深度線性變化，且其值在支撐處為零。
BS5950 Appendix B提供了對于有等凸緣斷面計算塑性彎矩容量的公式范圍。這一軟件已使用更為通用的方程式，在非對稱斷面的情形下也是有效的。
在施加低剪力相互作用的情形下，不需要降低撓矩容量。
在輸出步驟“完全輸出”中，提供了計算每一斷面力矩和剪力容量所必須的相關(guān)數(shù)據(jù)。
縱向剪力阻力檢驗根據(jù)BS5950Part 3 cl.5.6進行縱向剪力連接件檢驗。根據(jù)cl.5.6.2計算設(shè)計每單位長度縱向剪力。它是由能夠由每一組間柱傳送的縱向力與每一組之間的間距的比值給出的。為了考慮能夠由混凝土凸緣耐受的實際最大的縱向剪應(yīng)力，縱向剪應(yīng)力按對于實際剪力連接度對力矩容量施加的因子力矩的量降低。實際上，認為剪應(yīng)力是對力矩比值成比例而變化的。對于復(fù)合板，縱向剪力是沿平行于梁的方向位于最小板深度的位置的垂直平面臨界的，因而每一平面上的歸一力為v＝(Msd/Mc)NQ/2s其中N是一組中剪力連接件的數(shù)目。
Q是根據(jù)cl.5.4.3剪力連接件的容量，根據(jù)cl.5.4.7對嵌入復(fù)合板的情形而修改。
s是間柱的最小間距。
為了允許接近梁位置的搭接的可能性，在計算對剪力連接件線分裂的阻力(即橫向增強檢驗)忽略了蓋板的作用(根據(jù)cl.5.6.4)。
在計算每單位長度混凝土剪力面積中，使用了板的最小凈深。只是混凝土凸緣的縱向剪力容量根據(jù)cl.5.6.3νr≤0.8ηAcv√fcv計算。
橫向增強筋檢驗這種情形下，沒有使用對于設(shè)計縱向剪力的降低因子?；炷梁途W(wǎng)格的橫向阻力根據(jù)cl.5.6.3νr＝0.7Asvfy+0.03ηAcvfeu計算。由于這小于縱向剪力，必須要根據(jù)Avs’＝(ν-νr)/0.7fy確定的附加增強筋。
附加的增強筋的截面積作為mm2/m輸出。這一增強筋在整個梁是連續(xù)的。
焊接設(shè)計使用以下三個標(biāo)準(zhǔn)較保守的一個計算焊口的厚度i)耐受間柱剪力流的焊口厚度ii)耐受力矩剪力流的焊口厚度iii)對應(yīng)于腹板屈服容量的80％的焊口厚度間柱剪力流是按最小間距劃分的剪力連接件的容量。程序在其中進行所有檢驗的51個斷面的每一個中計算力矩剪力流，并在輸出中提供臨界位置。臨界剪力流通過底部凸緣中的張應(yīng)力乘以面積給出。，所考慮的構(gòu)件的每一側(cè)上的張應(yīng)力，作為屈服應(yīng)力乘以對于在對應(yīng)的位置處的組合的撓矩和剪力的歸一因子而計算。因而采用以下的公式ν＝(ufiAbi-ufi-1Abi-1)py/s。在“全輸出”中，提供在所有51的斷面處歸一因子。在支撐位置，構(gòu)件的LHS上的應(yīng)力為零。對應(yīng)于805腹板屈服容量的焊口厚度為a＝0.8 0.6pytw/0.7pw。每單位長度的焊接力ν是間柱剪力流與力矩剪力流之間的最大值。焊接尺寸由方程式a＝ν/0.7pw確定。
在轉(zhuǎn)變點處的局部檢驗對于在錐形轉(zhuǎn)變處的腹板和凸緣的穩(wěn)定性進行局部檢驗。在這些位置處，進行以下檢驗凸緣斷開由于凸緣力的方向改變所至的凸緣橫向彎曲所引起。還提供最大轉(zhuǎn)變角度并由以下公式計算之sinα’＝4tf(1-UFb2)/(B.UFb)，其中
B是底部凸緣的寬度UFb是對于錐形轉(zhuǎn)變發(fā)生處的斷面彎曲的歸一因子。
如果這一值被超過，在轉(zhuǎn)變點處需要全深度的加強桿。
腹板壓曲抗力由錐形轉(zhuǎn)變點處的凸緣力的垂直分量引起。使用根據(jù)BS5950Part1 cl.4.5.2修改的支桿方法計算。因而屈曲容量計算為Pw＝n1twPc其中n1是假設(shè)45°散布計算的等價支桿的寬度。
twmit是腹板的最小厚度Pc是對應(yīng)于BS5950Part 1 Table 4.14中的屈曲曲線c屈曲應(yīng)力。它與細長度λ＝heff/ry相關(guān)ry是旋轉(zhuǎn)半徑(＝t/√12)heff是支桿件的有效長度。它取為0.85乘以腹板的深度，該值是在BS5950Part 1 Table 4.12中對于兩端局部被約束的支桿建議的。
如果計算的歸一因子不超過1.0，則這一失敗模式不是臨界的。
腹板承壓強度由對于屈曲相同的力引起。這種情形下由于凸緣的彎曲假設(shè)較大的散布。腹板的承壓容量計算為Pw＝n2twpyw其中n2是取為7倍凸緣厚度的承壓長度twmin是腹板的最小厚度pyw是腹板的屈服應(yīng)力如果計算的歸一因子不超過1.0，則這一失敗模式不是臨界的。
步驟2.3構(gòu)建立狀態(tài)撓矩與垂直剪力的相互作用垂直剪力容量在構(gòu)建狀態(tài)中，必須參照BS5950Part 1 cl.4.2.3(抗剪屈服強度)和cl.4.4.5(抗剪力屈曲強度)。當(dāng)d/t超過63ε(ε＝√{275/py})時，斷面腹板是薄型的。
在腹板不是薄的時，剪力屈服容量計算為Pv＝0.6pγAv。由于施加的剪力不超過0.6Pv，不考慮撓矩與垂直剪力之間的相互作用。在構(gòu)建狀態(tài)中剪力阻力不是臨界的。
撓矩容量根據(jù)BS5950Part 1 cl.4.2.5計算撓矩容量。進行檢驗的51個斷面的每一個根據(jù)BS5950Part 1 Table 3,4被分級。其中凸緣，凸起和腹板為類型1(塑性)，因為滿足以下的標(biāo)準(zhǔn)B/T≤8ε，d/tw≤8θε/(1+r1)，力矩容量是Mc＝pySx，Sx是鋼材斷面的塑性模量。
在“全輸出”中，提供計算每一斷面中力矩和剪力容量所必須的相關(guān)數(shù)據(jù)。
橫向扭曲檢驗橫向扭曲檢驗根據(jù)BS5950Part 1 cl.4.5進行。次梁連接到主梁的腹板。它們提供中間約束。它們傳遞的負荷不會搖動。在兩個次梁之間的每一跨度中檢驗主梁的橫向扭曲，并假設(shè)有效長度等于次梁之間的間隔。
每一跨度中的設(shè)計力矩(Mbar)是在跨度中施加的最大力矩(Mmax)乘以等價力矩因子m。在BS5950Part 1(2000草稿)，Table 4,4中，這一因子是作為最大撓矩及它在約束之間的跨度內(nèi)三個等距點達到的值的函數(shù)而計算的。等于錐形梁，撓矩值應(yīng)當(dāng)由在壓縮凸緣中存在的對應(yīng)的應(yīng)力替代。因而m因子由以下給出m=0.2σmax+0.15σ2+0.5σ3+0.15σ4σmax]]>根據(jù)cl.4.3.6.5計算壓曲抗力力矩。當(dāng)在臨界位置時斷面是類別1，MbpbSx。根據(jù)BS5950 Part 1∶2000的Appendix B.2.1使用最大彎曲力矩位置的斷面的性質(zhì)計算抗撓強度(參見Appendix B.2.5)。它是根據(jù)cl.4.3.6.7和Appendix B.2.3已經(jīng)計算的等價細長度λLT的函數(shù)。
步驟2.4適用性狀態(tài)梁如果其撓度和自然頻率不超過推薦的極限并如果避免了不可逆應(yīng)力，則在其適用性狀態(tài)上是合格的。撓度和應(yīng)力都是在非因子化(unfactored)負荷下計算的(BS5950Part 3 cl.2.4.1)。撓度極限取決于應(yīng)用，并由用戶輸入。
撓度檢驗建構(gòu)狀態(tài)結(jié)構(gòu)未被支撐的自重撓度，由于梁和混凝土板的自重所至的撓度基于鋼梁的性質(zhì)的。
正常狀態(tài)由于施加的負荷和疊加的固定負荷是基于復(fù)合梁性質(zhì)計算的。
在局部剪力連接情形下，在適用性負荷下的位移能夠根據(jù)BS5950Part 3 cl.6.4.1計算，這包括由于作為Na/Np的函數(shù)的剪力連接件的滑動的作用δ＝δc+0.3(1-Na/Np)(δs-δc)其中δs是對于相同負荷裸梁的撓度δc是對于相同負荷全剪力相互作用情形的復(fù)合梁的撓度BS5950 Appendix B.3提供了特定的公式，對于帶有相等凸緣的非破裂斷面計算區(qū)域的第二力矩。這一軟件已使用了更一般的方程式，也適用于非對稱斷面的情形。
因施加的復(fù)合所至的撓度BS5950Part 3參照Part 1(cl.2.4.2)介紹了有關(guān)撓度極限值。BS5950 Part 1 Table 2.8提供了只在梁被施加負荷的情形下的這些值。典型的極限對于內(nèi)部梁為跨度/360，及對于支撐諸如磚墻這樣的覆蓋層的邊緣梁為跨度/500。
因疊加的固定負荷所至的撓度這些撓度是基于復(fù)合梁性質(zhì)計算的，并允許它們作總撓度檢驗。
總撓度檢驗總撓度極限要留給設(shè)計者選擇，因為各種選擇都是可能的，包括決定對梁預(yù)成拱，或在構(gòu)建期間對其支撐。對于帶有上舉的凸緣或懸掛天花板的梁，跨度/200的撓度極限常被使用，但是在所有的情形下，推薦撓度不超過75mm。在梁暴露在外觀的情形下，撓度極限應(yīng)當(dāng)為跨度/250。
振動檢驗在計算動態(tài)慣性中，模比例已經(jīng)被簡化以表示彈性的動態(tài)模量，其為0.9倍靜態(tài)模量。使用簡化的方法進行振動檢驗。自然頻率(Hz)為f＝18/√y0，其中y0是復(fù)合梁對于自重負荷、疊加負荷、及10％設(shè)計施加負荷的最大位移，所有負荷都施加到復(fù)合斷面。對于辦公室應(yīng)用自然頻率的下限是4Hz。
應(yīng)力檢驗在適用性狀態(tài)下的應(yīng)力檢驗根據(jù)BS5950Part 3 cl.2.4.3和6.2進行。頂部和底部凸緣中的應(yīng)力為σtop＝(Msd/Ixx)ye及σb＝(Msd/Ixx)(h-ye)。在建構(gòu)狀態(tài)下由于梁和混凝土板自重所至的應(yīng)力基于鋼梁的性質(zhì)。在正常狀態(tài)下，使用復(fù)合斷面性質(zhì)。
鋼梁末端纖維中的應(yīng)力不應(yīng)超過設(shè)計強度py，混凝土板中的應(yīng)力不應(yīng)超過5.0fcu。
對應(yīng)力進行控制以便屈服不會使撓度無效，并在重復(fù)復(fù)合下，沒有永久撓度。
應(yīng)力檢驗在實際設(shè)計的情形很少是臨界的。
對于非支撐構(gòu)建混凝土檢驗不是臨界的，但是對于支撐的構(gòu)建可能是臨界的。
在步驟2.2和2.3在開口處進行的附加檢驗腹板分級在圍繞開口四個不同位置進行腹板分級。存在塑性鉸鏈可能出現(xiàn)在空腹梁彎曲失敗模型中的點。如果易彎曲腹板至少是等級2，使用塑性能夠計算空腹彎曲容量，否則必須使用彈性模量。當(dāng)滿足以下標(biāo)準(zhǔn)時，每一腹板至少是等級2deff≤9tε或1≤40tε其中deff＝dt√{1-(40teffε/l)2}，ε＝√{275/py}這里deff是易彎曲腹板的有效深度t是腹板的厚度l是開口的有效長度(詳細請參見弗倫第爾容量)dc腹板凸緣深度以下的腹板深度
teff是腹板的有效剛度(詳細請參見整體力矩容量)有效寬度(beff)根據(jù)BS5950Part 3 cl.4.6Beff＝x/2計算任何位置處的有效寬度。已假設(shè)有效寬度沿梁按離開支撐物的距離x線性變化。
壓縮中的混凝土的深度(dc)縱向抗剪力強度Rq(在BS5950Part 1 Appendix B2中定義)用來定義壓縮中的混凝土深度dc(Ds-Dp)Rq/Rc。在對于局部剪力相互作用計算復(fù)合斷面的彎曲容量中它代替板的凈深度(Ds-Dp)。
彈性中性軸位置(Yc)，塑性中性軸位置(Yp)，力矩(Ixx)，彈性模量(ZcZtZb)及塑性模量(Sx)這些性質(zhì)是從基本原理計算的，并對應(yīng)于開口中心線處簡化的斷面的性質(zhì)。
開口處的總檢驗垂直剪力檢驗在每一開口的中心線進行垂直剪力檢驗。剪力容量是通過對頂部和底部腹板抗力加混凝土作用求合給出的?；炷磷饔檬歉鶕?jù)對于沖剪的規(guī)則BS5950Part 4計算的。因而垂直剪力容量為Pvy＝Pvw+Pvc其中Pvw＝0.6py0.9(Atop，v+Abot，v)Pvc＝νc.(Ds-D`p)[Bt+3.(Ds-D`p)]因子0.9考慮到斷面內(nèi)非均勻性剪力流，鋼材的剪力強度為0.6p1，Atop，v與Abot，v是頂部個底部腹板的剪力面積(忽略凸緣面積)。D`p是對于當(dāng)蓋板方向平行于梁時的情形板的等價深度。
計算每一位置的歸一因子，這由施加作用于斷面的剪力與對應(yīng)的剪力容量的比值給出。如果歸一因子超過1.0，該斷面使垂直剪力檢驗失敗。
整體力矩容量使用斷面的塑性計算開口位置的的力矩容量。因而這由以下方程式提供Mc＝Sxpy。使用許剪力與彎曲力矩相互作用的有效厚度teff計算斷面的性質(zhì)。這由以下公式計算
teff＝t[1-((2Vo/Vw)-1)2]對于Vo/Vw≥0.5弗倫第爾容量弗倫第爾彎曲是由于剪力通過開口轉(zhuǎn)移所至在梁的頂部和底部T形件出現(xiàn)的局部彎曲效應(yīng)。如果滿足以下不等式則這這失敗模式不是臨界的Vol≥∑Mvred+Mvc其中Vo是在開口的中心線施加的剪力l是是開口的有效長度。對于矩形開口，它等于其實際長度。對于圓形開口，它等于其直徑0.5倍。對于伸長的開口，它取為開口的長度減去其深度0.5倍Mvred是每一臨界斷面的由剪力拉伸力T的存在而簡化的弗倫第爾抗彎曲力。它由以下公式計算Mvred＝Mv[1-(T/Ty)2]Ty是腹板凸緣T形斷面的抗拉力Mv是斷面的弗倫第爾抗彎曲力。它使用與腹板等級有關(guān)的彈性或塑性計算。為了考慮剪力與撓矩之間的相互作用，定義如下計算的腹板的有效厚度teff＝t.[1-((2Vo/Pvw)-1)2]對于Vo/Vw≥0.5Pvw腹板凸緣T形斷面抗剪力Mvc是因腹板凸緣T形頂部與被連接的板局部復(fù)合作用所至的弗倫第爾阻力。其計算如下Mvc＝NQp(Ds+yt)N是在長度(l+Dd)中剪力連接件的數(shù)目Qp是單個剪力連接件的容量Ds是板的深度Yt是頂部T形區(qū)中心對鋼梁的頂部凸緣的距離腹板屈曲檢驗使用修改的支桿方法檢驗腹板在每一開口邊緣的屈曲容量。與開口相鄰構(gòu)件上的軸向力是由頂部T形件阻擋的剪力。屈曲容量計算如下Pw＝deff.t.pc其中deff是如下計算的支桿的有效寬度deff＝min
so.eff是腹板柱的有效寬度。它取決于其實際寬度(so)值并取決于開口的形狀。其計算如下so.eff＝so對于矩形開口so.eff＝so+0.5do對于圓形或伸長的開口so是腹板柱的寬度pc是對應(yīng)于BS5950Part 1 Table 4,14中的屈曲曲線c屈曲應(yīng)力。它與細長度λ＝heff/r相關(guān)，ry是旋轉(zhuǎn)半徑(＝t/√12)heff是支桿件的有效長度。對于矩形開口它等于其深度。對于圓形開口，它取為0.7倍開口的深度。
如果對于對稱開口Vt＝Vo/2滿足以下不等式Vt≤Pw，則這失敗模式不是臨界的。
腹板柱中的水平剪力該程序只當(dāng)兩個相鄰的開口比2.5do，max更近時才進行這種檢驗，其中do，max是較大的開口的直徑。每一腹板支柱中形成的水平剪力是由于對應(yīng)的的相鄰T形中軸向力變化所至。因而使用以下公式計算從頂部腹板支柱平衡計算該剪力Vh＝Vt(so+0.5do，i+0.5do，i+1)/htop其中V1是在斷面處作用于頂部T形斷面的整體剪力的部分htop是腹板支柱寬度中點與頂部T形斷面中軸向力的有效作用線之間的距離。
do，ido，i+1是兩個相鄰開口的深度通過以下方程式獲得腹板支柱的剪力容量Ph＝0.6py.t(0.9so)。因子0.9考慮到非均勻剪力流。如果滿足以下不等式Vh≤Ph，則手模式不是臨界的。
明顯的是，可按需要提供或計算任何其它參數(shù)或性質(zhì)。
本說明書中“包括”意思是指“包含或由…組成”，且“包括”意思是指“包含或由…組成”。
在以上說明、或以下權(quán)利要求、或附圖中，以其特定形式表示的或借助于執(zhí)行所公開的功能的裝置中公開的特征，或用于獲得所公開的結(jié)果的方法或過程，可適當(dāng)?shù)胤珠_地或以這些特征任意的組合用來以按它們的各種形式實現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)計構(gòu)件的方法，包括提供構(gòu)件的多個參數(shù)及由其要支撐的多個負荷的數(shù)值，進行分析的步驟，該步驟在所述構(gòu)件上多個離散位置處計算所述構(gòu)件多個性質(zhì)，及顯示所述分析步驟的結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中構(gòu)件要包括一個孔，所述參數(shù)的至少一個可以是所述孔的參數(shù)，且所述性質(zhì)的至少一個可以是所述構(gòu)件在所述孔處的性質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的方法，包括比較所述性質(zhì)至少之一與預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3任何之一的方法，其中所述多個位置包括位于沿所述構(gòu)件縱向布置定位的所述構(gòu)件的多個斷面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，包括顯示步驟，顯示其中所需的所述性質(zhì)之一具有對所述預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)具有最大偏差值的斷面。
6.根據(jù)權(quán)利要求的5方法，包括改變所述多個參數(shù)的一個或多個值的步驟，使得所述性質(zhì)的值對所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的所述偏差被降低。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6任何之一的方法，其中多個性質(zhì)與對應(yīng)的多個預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)之一比較。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7任何之一的方法，其中對于一性質(zhì)的每一值與對應(yīng)的預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的所述比較可表示為歸一因子，以至凡是所述歸一因子大于1的之處，對于所述性質(zhì)的值不滿足所述預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)。
9.根據(jù)以上任何權(quán)利要求之一的方法，其中所述構(gòu)件包括腹板及至少一個凸緣，且所述參數(shù)包括腹板及凸緣的厚度與深度。
10.根據(jù)以上任何權(quán)利要求之一的方法，包括從對于所述參數(shù)和/或所述負荷的預(yù)定值的庫，選擇所述構(gòu)件的所述參數(shù)和/或施加到所述構(gòu)件的所述負荷至少之一。
11.根據(jù)以上任何權(quán)利要求之一的方法，包括對于每一離散位置對多個性質(zhì)計算歸一值，并對于每一性質(zhì)顯示有最小可接受歸一值的位置。
12.根據(jù)以上任何權(quán)利要求之一的方法，包括一輸出階段，該階段提供包括構(gòu)件參數(shù)的輸出。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括根據(jù)所述輸出制造構(gòu)件的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或權(quán)利要求13的方法，其中所述輸出以便攜的或可傳輸?shù)男问教峁?br> 15.參照附圖此間所述的一種方法。
16.一種構(gòu)件，其中所述構(gòu)件是根據(jù)權(quán)利要求1至13任何之一的方法設(shè)計的。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的一種構(gòu)件，其中構(gòu)件是包含板形金屬的斷面。
18.根據(jù)權(quán)利要求14或權(quán)利要求15的一種構(gòu)件，其中構(gòu)件設(shè)有孔。
19.根據(jù)權(quán)利要求14到16的一種構(gòu)件，其中構(gòu)件包括復(fù)合梁。
20.參照附圖此間所述的一種構(gòu)件。
21.一種計算機程序，用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至15任何之一的方法。
22.一種計算機，它根據(jù)權(quán)利要求21的計算機程序被編程。
23.用于制造構(gòu)件的制造裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求22的計算機和一種制造設(shè)備，其中從所述計算機向所述制造設(shè)備提供輸出，以控制所述制造設(shè)備。
24.制造構(gòu)件的一種方法，包括向制造設(shè)備提供來自根據(jù)權(quán)利要求21的計算機程序的輸出，以便控制所述制造設(shè)備。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中提供來自計算機程序的輸出的步驟包括準(zhǔn)備數(shù)據(jù)文件的步驟。
26.此間所公開的或附圖中任何新的特征或特征的組合。
全文摘要
一種設(shè)計構(gòu)件的方法，包括提供構(gòu)件的多種參數(shù)及多個由其支撐的多個負荷的數(shù)值，執(zhí)行對所述構(gòu)件上多個離散位置處對所述構(gòu)件多個性質(zhì)進行計算的分析步驟，及顯示所述分析步驟的結(jié)果。
文檔編號G06F17/50GK1451130SQ0081926
公開日2003年10月22日 申請日期2000年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月13日
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