ICS 75.180. 10 E 94 备案号：35177—2012
SY
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
201203-01实施
2012-01-04发布
国家能源局 发布 SY/T6877—2012
目 次
前言
范围 2 符号结构屈曲
3
3. 1 引言 3.2 届曲强度分析 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 梁侧向扭转属曲· 4.5 梁柱屈曲· 4.6 框架屈曲 4.7 组合构件整体屈曲 5 无加筋球形壳 5.1引言· 5.2应力 5.3壳届曲则 5.4突侧受压凹盖的屈曲· 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
:
12
16
18
18 18 19 20 SY/T68772012
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、框架和球型壳的届曲强度分析》（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DNVNo.30.1： 2004相比的结构变化对照一览表。
本标准与DNVNo.3t.1：2004在技术上一致。 本标准作出了如下编辑性修改：
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。
II SY/T68772012
杆件，框架和球型壳的屈曲强度分析
1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。
2符号
下列符号适用于本文件。 A- 横截面面积： Ae 有效横截面面积： Ae 受压翼缘横截面面积； AQ 有效剪切面积：
受压翼缘宽度：因子：
E- 杨氏模量； G- 剪切模量，G=E/2（1W）：
泊松比：惯性矩：
u I
I. 绕次轴的惯性矩： I 绕剪切中心的极惯性矩；
翼缘惯性矩；
A IT 圣维南扭转常数： N 轴向力： b 侧向压力： P 各个桩腿的平均轴向力；
PE 梁柱欧拉屈曲应力；
壳中性层半径：一壳厚度；
Ak 长细比，=/
laF VE
折减长细比，A 有效长度。 L.=K: 回转半径，
1
A
Cw 翘曲常数：
形心与剪切中心的轴间距：
2m
Zye 与受压翼缘相关的截面模数：
1 SY/T 6877—2012
材料的屈服应力：
OF
OE 欧拉届曲应力： ET—弹性扭转屈曲应力： TEV 弹性侧向扭转屈曲应力，EV 元EI2C
Z2
EFT 弹性弯一扭屈曲应力： da 由压缩引起的轴向应力： db 由弯矩所引起的有效轴向应力，是绕次轴（轴）还是主轴（轴）弯曲，根据ber确定： Oer 屈曲特征应力： Dacr 轴向压缩所产生的届曲应力特征值； Cber 纯弯曲所产生的屈曲特征应力，如果构件绕次轴（轴）弯曲，则obe=F Gby 绕主轴（轴）弯曲所引起的有效轴向应力： Tha 绕次轴（轴）弯曲所引起的有效轴向应力： o- 最大压缩主应力： 02 垂直于，的主应力（压应力或拉应力）； a- 因子：
一因子：因子。
U
3结构屈曲
3.1引言 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一个解，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如果在屈届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届曲强度分析 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本标准中屈曲强度分析的一般过程如下：
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。 一参考应力临界值。定义为结构的屈曲强度。
2 SY/T68772012
临界应力的定义与届服应力r有关。在这种情况下，er/oF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。 通常，结构折减长细比为：
极值点
鲜地
变形 a)
分叉点
载荷
完好的充有缺陷的壳
变形 b)
图1 失稳类型屈服
1.0
弹性届曲
as
0.5
2.0
Ao 1.0
3.0
A
图2 典型的无量纲届曲曲线
3 SY/T 6877--2012
1= NDE JOF
其中，E是弹性屈曲应力。一般来说，E可以由经典屈曲理论决定，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，典型届曲强度曲线在AA，时，表现为顶平线段，即/oF=1.0。在这种情况下，可以得出结论：当人<入，时，届曲是不会发生的。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7定义为由设计荷载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7。一般而言。7取决于：
荷载工况一结构类型：
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如果发现屈届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，存在缺陷的结构的屈曲强度是足够的，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引言
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。 梁侧向扭转届曲：同时扭转和弯曲。 局部屈曲：横截面薄壁部分屈曲（板屈曲、壳届曲）。
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 SY/T 6877—2012
侧向扭转屈曲
弯一扭屈曲
H
扭转屈曲
H H
弯曲屈曲
图3柱和梁的屈曲模式
4.1.5对于那些剪切中心与形心重合的开口、薄壁短柱体（双向对称的I型、反对称的Z型、十字型等），扭转屈曲可能是临界屈曲模式。 4.1.6对于那些剪切中心和形心不重合的以及那些抗扭性能差的杆件（薄壁开口截面形状相对于封闭厚壁形状或实体形状），弯一扭屈曲可能是临界屈曲模式。需要强调的是。只有在构件自身可能发生此类屈曲的情况下，才需要对其进行弯一扭屈曲分析。 4.1.7当梁所承受的弯曲力矩是绕着主轴，并在次轴上没有支撑抵抗弯曲时，侧向扭转屈曲可能是临界屈曲模式。 4.1.87 本标准所考虑的构件的横截面至少拥有一个对称轴（轴）。任意截面形式的构件需特殊考虑。 4.2届曲特征强度 4.2.1 受压构件的届曲特征强度。是由折减长细比人决定的。 4.2.2折减长细比A为：
Jar dE
入=
其中，E是所考虑的屈曲模式中的弹性屈曲应力。 4.2.3如果在柱体临界屈曲模式中，受压构件的折减长细比小于心.2，则可视为“短粗构件”。 4.2.4无量纲屈曲曲线如图4所示，其纵坐标值。c/oF可以从以下公式计算得到：
如果≤A
0=1.0) DF
如果：
=1 μ^-(1μa-442
212
OF
其中，=α（A-）系数和见表1。
5