ICS 75.180.10 SY E 94 备案号：35177—2012 中华人民共和国石油天然气行业标准 SY/T6877--2012 杆件、框架和球型壳的屈曲强度分析 Buckling strength analysis of bars and frames, and spherical shells 2012一01一04发布 2012--03-01实施 国家能源局 发布 SY/T6877—2012 目 次 前言 范围 2 符号 结构屈曲 2 3.1 引言 3.2屈曲强度分析 3.3使用系数 3. 4 制造公差 4杆件和框架 4. 1 引言 4. 2 屈曲特征强度 4. 3 柱体屈曲 4. 4 梁侧向扭转屈曲· 4. 5 梁柱屈曲 4. 6 框架屈曲· 13 4. 7 组合构件整体屈曲 16 5无加筋球形壳 18 5. 1 引言 18 5.2应力·· 18 5.3壳屈曲准则· 19 5.4突侧受压凹盖的屈曲 20) 附录A（资料性附录） 本标准与DNVNo.30.1：2004相比的结构变化情况 21 SY/T6877-2012 前言 本标：准按照GB/T1.1一2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则 起草。 本标：准使用重新起草法修改采用挪威船级社DNVNo.30.1：2004《杆件、框架和球型壳的屈曲 强度分析》（2004版，英文版）。 本标准与DNVNo.30.1：2004相比在结构上有所调整，附录A列出了本标准与TDNVNo.30).1： 2004相比的结构变化对照一览表。 本标准与DNVNo.30.1：2004在技术上一致。 本标准作出了如下编辑性修改： 一-增加了附录A。 本标准由海洋石油工程专业标准化技术委员会提出并归口。 本标准起草单位：中国海洋石油总公司海洋石油工程股份有限公司。 本标准主要起草人：张艳芳、杨晓刚、邱海荣、田园、高定全。 1 SY/T6877-2012 杆件、框架和球型壳的屈曲强度分析 范围 本标准规定了海洋钢结构中的杆件、框架和球形壳的结构稳定性设计要求，供设计结构时使用。 本标准适用于海洋钢结构中的杆件、框架和球形壳的屈曲强度分析。 符号 2 下列符号适用于本文件。 横截面面积； A。—有效横截面面积； A 受压翼缘横截面面积； AQ—有效剪切面积； b- 受压翼缘宽度； 因子； C- E- 杨氏模量； 剪切模量，G=E/2（1+v）； 泊松比； 惯性矩； I- 绕次轴的惯性矩； I,~ 绕剪切中心的极惯性矩； Ir- 翼缘惯性矩； IT 圣维南扭转常数； N- 轴向力； p--侧向压力； P一一各个桩腿的平均轴向力； PE 一梁柱欧拉屈曲应力； 壳中性层半径； r 壳厚度； 长细比，入k=l/i； Ak 入折减长细比，入= N le—有效长度，l=Kl; 一回转半径， Cw- 翘曲常数； 形心与剪切中心的轴间距； Zye与受压翼缘相关的截面模数； SY/T6877—2012 Op一一材料的屈服应力； OF一一欧拉屈曲应力； GET-一弹性扭转屈曲应力； 元EIzc DEv-一弹性侧向扭转屈曲应力，GEv= Zyrle QEPT-弹性弯一扭屈曲应力； 0一一由压缩引起的轴向应力； 一一由弯矩所引起的有效轴向应力，是绕次轴（α轴）还是主轴（y轴）弯曲，根据r确定； Cr—一屈曲特征应力； Oacr一一轴向压缩所产生的屈曲应力特征值； Ober-纯弯曲所产生的屈曲特征应力，如果构件绕次轴（z轴）弯曲，则のher=oF； iy一一绕主轴（y轴）弯曲所引起的有效轴向应力； O一一绕次轴（z轴）弯曲所引起的有效轴向应力； 01-一最大压缩主应力； 2一一垂直于，的主应力 （压应力或拉应力）； α—-因子； w一-因子; —-因子。 3结构屈曲 3.1引育 3.1.1在船舶人级规范中，整体结构和单个结构构件都要满足结构稳定性的要求。 3.1.2结构失稳基本上存在着两种形式。 如图1a）所示的失稳模式称为极值点失稳，它的荷载变形特征曲线如图1a）所示。当负载超过 极限点时，结构失效。 另一种失稳模式如图1b）所示，称之为典型屈曲或分叉屈曲。当荷载相对较小时，结构的平衡 状态称作预屈曲状态或基础状态。随着荷载增大到某分叉点处，结构平衡方程出现另外个解，超出 该分叉点，预屈曲路径将变得不稳定，结构后屈曲行为依赖于第二条路径特征。 3.1.3如果在屈曲模态中结构存在着初始几何缺陷，荷载变形曲线可能会如图1b）所示。可以发 现，有缺陷结构失稳时的极值点所对应的荷载要低于完好的结构失稳时交叉点所对应的荷载，这两个 荷载是否相近取决于完好结构的第二条路径的形状。 3.1.4结构在建造过程中不可避免地存在着各种形状的几何缺陷，实际失稳可能会发生在极值点上， 而不是在分叉点。 3.2屈曲强度分析 3.2.1屈曲强度分析要以最不利屈曲模态中的屈曲特征强度为基础。 3.2.2屈曲特征强度以试验结果中下限的5个百分点的数据为基础。除非有更多的资料或更细的分 析，屈曲特征强度都可以由本标准得到。 3.2.3本标准中届曲强度分析的一般过程如下： 一-结构的应力状态可用参考应力。来表征。该应力可能是单一的应力分量，或已定义的“等 效”应力。 —-参考应力临界值。定义为结构的屈曲强度。 2 SY/T68772012 -临界应力的定义与屈服应力or有关。在这种情况下，e/p的比值为折减长细比入的函数。 图2给出了典型屈曲强度曲线。 一通常，结构折减长细比为： 极值点 荷载 变形 a) 分叉点 荷载 完好的壳 有缺陷的壳 变形 b) 图1失稳类型 屈服 1.0 弹性屈曲 0.5 1.0 2.0 3.0 图2典型的无量纲屈曲曲线 SY/T6877-2012 其中，GE是弹性屈曲应力。一般来说，e可以由经典届曲理论决定。但对于那些在弹性范 围内对缺陷很敏感的结构来说，应根据在规定公差范围内的缺陷对E:进行修改。 -如图2所示，典型屈曲强度曲线在入<入，时，表现为一顶平线段，即αcr/p=1.0)。在这种情 况下，可以得出结论：当入<入，时，屈曲是不会发生的。基于这个标准，对于很多情况都可 以很方便地得到明确的长细比限制。 3.3使用系数 3.3.1本标准中的屈曲应力分析是基于容许使用系数法。 3.3.2使用系数n定义为由设计荷载引起的参考应力的真实值与临界值的比率： 3.3.3本标准中规定了最大容许使用系数值%。一般而言，取决于： 一荷载工况； 一结构类型； 一一结构长细比。 3.4制造公差 3.4.1大多数结构的屈曲强度取决于几何缺陷的大小和形状。一般来说，缺陷的影响已包含在特征 强度的计算公式中，也就是说结构的缺陷不能超越一定限制。 3.4.2如果发现屈曲的实际使用系数小于容许使用系数，或者用充分的方法可以证明，存在缺陷的 结构的届曲强度是足够的，则建造结构的缺陷超出给定的限制值也是可以接受的。 4杆件和框架 4.1引 4.1.1本节讨论杆件和框架的屈曲问题。对于不同的荷载工况，杆件可能被视为如下几种构件： 柱体：仅承受压力的杆件； 梁：仅承受弯矩的杆件； 梁柱：同时承受压力和弯矩的杆件。 4.1.2对于杆件来说，屈曲模式分类如下（见图3）： 柱体弯曲屈曲：绕着抵抗力最小的轴弯曲。 柱体扭转屈曲：扭转而没有弯曲。 柱体弯一扭屈曲：同时扭转和弯曲。 梁侧向扭转屈曲：同时扭转和弯曲。 局部屈曲：横截面薄壁部分屈曲（板屈曲、壳屈曲）。 4.1.3对应于最小屈曲荷载的屈曲模式称为临界屈曲模式。 4.1.4对于具有双向对称横截面的细长杆件和那些对扭转不敏感，或者有支撑抵抗扭转的杆件来说， 弯曲屈曲可能是临界屈曲模式。 4