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[分享]围观清华教授释疑结构难点

发表于2018-06-11    542人浏览    1人跟帖    筑龙币+50  复制链接  只看楼主

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蒋德华


为了更好的服务社会、服务行业、服务会员,钢结构设计分会将业界知名微信公众号 “土木吧”纳入分会管理,利用全国顶尖专家资源,创立“大师讲堂”,邀请勘察设计大师、设计分会专家组、设计规范主编、全国注册考试命题组专家入驻,倾力打造建筑结构行业规范讲解、工程疑难问题问答、设计技术交流、注册考试答疑等方面获得权威解答的深度交流平台。这周做客专家是石永久教授,以下是石教授与大家交流内容。



围观清华教授释疑结构难点_1


#专家简介# 石永久:清华大学教授,博士生导师,国家一级注册结构工程师,英国注册结构工程师,清华大学土木水利学院结构工程检测中心主任。中国建筑金属结构协会及中国钢结构协会钢结构专家委员,稳定与疲劳分会理事长,钢结构设计分会副理事长,中国建设标准化协会理事,英国结构工程师学会资深FELLOW,中国土木工程学会理事。英国Heriot-Watt大学博士,曾在英国钢结构研究院(SCI)从事博士后研究。《钢结构设计标准》(GB50017-2017)参编专家。

围观清华教授释疑结构难点_2



石教授回答会员提问摘要

Q
A
&

会员问题1

石教授您好,请问高强螺栓在设计上有什么防止滑动的措施吗?审图公司要求明确这方面设计要求

(1)设计采用高强度螺栓时,无论按“摩擦型连接”设计还是按“承压型连接”设计施工阶段都要施加规定的预拉力值,连接板之间、螺帽和垫圈之间、垫圈和连接板之间都存在很大的摩擦力,完全阻止了螺帽或垫圈在振动和反复荷载作用下的可能松动。

(2)按“承压型连接”设计时,要通过计算保证高强度螺栓连接在荷载标准值作用下不发生滑动,按“摩擦型连接”设计时,要通过计算保证高强度螺栓连接在荷载设计值作用下不发生滑动。

(3)只要高强度螺栓连接的设计方法和施工质量符合现行国家标准的要求,就可保证不会发生松动或滑动。


会员问题2


我国钢结构设计标准GB50017规定了“高强度螺栓摩擦型连接”和“高强度螺栓承压型连接”的设计方法,但有些工程师还提到“摩擦型高强度螺栓”或“承压型高强度螺栓”,这四个概念有何不同?

(1)我国根据高强度螺栓采用的材料、制作和安装工艺不同将其分为“大六角头高强度螺栓”或“扭剪型高强度螺栓”,并根据高强度螺栓连接的受力变形状态和破坏模式不同分为“摩擦型连接”或“承压型连接”,也就是说“摩擦型高强度螺栓”或“承压型高强度螺栓”的说法是不科学的。

(2)无论是“大六角头高强度螺栓”还是“扭剪型高强度螺栓”都可以按“摩擦型连接”和“承压型连接”设计,但两者的设计理念不同。

(3)GB50017规定,高强度螺栓按“摩擦型连接”设计时,无论螺栓连接是受剪力还是受拉力作用都不允许在连接板之间发生相对滑动或分离;而按“承压型连接”设计时,不允许连接板之间在正常使用极限状态发生滑动或分离,在承载力极限状态可以滑动或分离,但不能发生螺栓杆受剪破坏或受拉破坏,也不允许连接板发生孔壁承压破坏。

(4)GB50017规定,钢结构采用高强度螺栓时,无论按“摩擦型连接”还是“承压型连接”设计都需要施加规定的预拉力,设计人员要对“摩擦型连接”的接触面处理工艺提出设计要求,而“承压型连接”的接触面不需要特殊处理,但要清除油污和浮锈。



会员问题3


石教授您好!我们最近在沈家骅研究的指导下研制出了M33和M36的高强度螺栓,近期想对螺栓的间距和边距等布置方面研究,请问除了考虑安装外,还有哪些需要重点注意的问题?

(1) GB50017规定高强度螺栓的最小边距不小于1.5d0,最小端距不小于2.0d0,目的是避免接头的最外排螺栓孔处发生连接撕裂破坏。

(2)GB50017要求高强度螺栓的最小间距不小于3.0d0,目的是避免相邻两个螺栓孔之间发生连接板撕裂破坏,同时保证螺栓施拧所需的空间。

(3)同时控制螺栓最大间距、边距和端距的目的是避免连接板之间出现间隙,潮气侵入发生锈蚀,同时避免两个螺栓之间的连接板在接头内力作用下发生鼓曲。

(4)如果设计要求的螺栓数量较少,排布后超过了最大间距、边距或端距要求,应增补螺栓数量。

(5)GB50017建议采用的最大螺栓直径是M30,如采用更大直径的高强度螺栓,可参照上述原则控制螺栓的边距和间距,或进行必要的试验或分析研究确定。


围观清华教授释疑结构难点_3
围观清华教授释疑结构难点_4


会员问题4


石教授,请教下一个四面敞开的双坡的门式刚架棚子与连续的双坡四面敞开的门式刚架,风荷载的体型系数应该如何考虑,目前的门刚与荷载规范都没有完全符合的。

正如你提到的,我国现行荷载规范对你所提到的单跨和多跨敞开式门式刚架的体型系数尚无明确规定,你可以参考和借鉴美标ASCE7和欧标EC1part1.4,这两本规范有一些相关规定。


会员问题5


新版GB50017钢结构设计标准允许螺栓连接采用标准孔、大圆孔、长槽孔,便于螺栓连接的安装和定位,何种条件下可以采用大圆孔或长槽孔?

1)新版GB50017规定,普通螺栓连接和高强度螺栓承压型连接只允许采用标准孔,C级螺栓的孔径比螺栓直径大1.0~1.5mm,高强度螺栓承压型连接的孔径可比螺栓直径大1.5~3mm。

(2)高强度螺栓按摩擦型连接设计时,可采用标准孔、大圆孔或长槽孔。GB50017-2017的表11.5.1规定了标准孔、大圆孔或长槽孔的孔径尺寸。

(3)摩擦型连接只能在盖板或芯板其中之一的板上采用大圆孔或槽孔,其余的板上还要采用标准孔;盖板采用大圆孔或槽孔时应增大垫圈厚度或采用连续型垫板,但孔径与标准垫圈相同。

(4)高强度螺栓按摩擦型连接采用大圆孔或长槽孔时,应对其抗剪承载力设计值进行折减,大圆孔折减系数取0.85,槽孔折减系数取0.6或0.7。



围观清华教授释疑结构难点_5


会员问题6


请问石教授,没有楼板的钢梁,需要考虑长细比吗?算是纯弯构件吗?

钢结构工程中很多情况下会采用无楼板的钢梁,例如吊车梁、工业建筑中的框架梁、减小框架柱计算长度的连梁等,但在计算中考虑有所不同:

(1)吊车梁主要承受弯矩和剪力,需要计算侧向弯扭失稳承载力,绕弱轴的长细比对稳定承载力影响很大,长细比过大时会严重降低侧向弯扭失稳承载力,一般通过增加受压翼缘侧向约束或加宽受压翼缘保证稳定性,间接减小了平面外的长细比。受吊车梁除计算平面内抗弯和抗剪强度外,同时要控制竖向挠度,也间接控制了平面内的长细比。

(2)无楼板框架结构中的主梁在竖向和水平荷载组合下,会产生弯矩、剪力和轴力,一般属于拉弯或压弯构件,计算时需要控制长细比。

(3)用于减少框架柱计算长度的连梁,需要有足够的受压稳定性,计算时需要控制长细比。




会员问题7


石教授,看了螺栓的开孔要求。通过开长圆孔并采用高强度承压型螺栓,想实现滑动效果是不是错误的?有些小跨度的连廊有这种做法,就是通过长圆孔和高强承压型螺栓想实现滑动,当力较小时,螺栓实为摩擦型的受力模式,如果力足够大,克服了摩擦力,螺栓产生滑动,以拴杆剪坏或孔壁受压破坏为破坏模式,即为承压型螺栓受力模式。这种思路感觉好像也说的通,实际工程中也有这种做法。

高强度螺栓摩擦型连接允许采用大圆孔和槽孔的主要目的是便于调整现场连接的施工和安装偏差,现行规范给出的大圆孔和槽孔尺寸只是比标准孔略大,还不足以产生较大的滑动释放温度应力或支座位移等不利变形。如果寄希望于通过螺栓滑动释放不利变形,需要对节点做单独受力分析,以确定所需的开孔尺寸,并避免可能发生的连接板撕裂破坏。


会员问题8


我国钢结构设计标准GB50017-2017推荐了适用于方管和圆管拼接的“钢管法兰连接”,并给出了构造要求,但没有给出更详细的承载力计算方法,实际工程应用中应如何计算钢管法兰连接的承载力?

现行国家标准“GB/T 17186.1-2015 管法兰连接计算方法的第1部分:基于强度和刚度的计算方法”可参考用于计算圆管法兰连接,现行国家标准“GB 51022-2015 门式刚架轻型房屋钢结构技术规范”对端板连接计算方法做出了规定,可参考用于计算方管法兰连接。


会员问题9


石教授,请问下H型钢与柱刚接连接,验算焊缝时,为什么对接焊缝的剪应力考虑弯矩作用,沿高度方向不均匀分布,计算公式同受弯构件;角焊缝的剪应力沿高度均匀分布,计算公式同纯受剪构件?

熔透对接焊缝金属受力时,其实际应力分布与同样受力状态的钢材基本相同,因此计算全熔透对接焊缝时,采用焊缝的截面形状、抗拉抗压抗剪强度设计值和应力分布状态与母材相同,只是对三级焊缝的抗拉强度设计值进行了折减。沿工形截面高度方向的对接焊缝剪应力与工形截面相同,呈两端小中间大的不均匀分布,计算的剪应力是真实的。而角焊缝的实际应力分布和破坏模式很复杂,难以准确计算,计算所有角焊缝时都假设只受均匀分布的剪应力作用并在有效截面上剪切破坏,只是为了用简单的方法能计算焊缝的实际承载力,并不是为了计算实际应力,计算角焊缝采用的抗剪强度设计值也与钢材抗剪强度完全不同。


会员问题10


我国钢结构设计标准GB50017-2017推荐了塞焊缝和槽焊缝,实际工程应用中何种情况下可采用塞焊缝或槽焊缝?

塞焊缝和槽焊缝的受力状态和破坏模式与角焊缝相近,一般用于角焊缝搭接连接或盖板连接中提高抗剪承载力,或用于局部外贴钢板的连接,或用于钢板避免局部平面外鼓曲的约束连接。塞焊缝和槽焊缝应按承受剪力作用设计,不能用于直接承受拉力作用。



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 发表于2018-06-11  | 只看该作者      

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