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鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)的發(fā)展
發(fā)布時間:2014-05-19
(1)以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法取代原有的容許應(yīng)力法。在TJ17-74中,鋼結(jié)構(gòu)采用容許應(yīng)力法進行設(shè)計。這種設(shè)計方法屬于半概率極限設(shè)計法,只有少數(shù)設(shè)計參數(shù),如鋼材的設(shè)計強度、風(fēng)雪荷載等采用了概率分析確定其設(shè)計采用值,大多數(shù)荷載,其他不定性參數(shù),結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力,作用效應(yīng)并未進行綜合的概率分析,只能使用安全系數(shù)來大致協(xié)調(diào),而安全系數(shù)為定值且都是憑以往的設(shè)計經(jīng)驗選定的,因而設(shè)計的結(jié)構(gòu)和不同的構(gòu)件的安全度不可能相等,顯然這種設(shè)計方法是不合理的。GBJ17-88引入的極限狀態(tài)設(shè)計方法早在1960年代末就由C.A.Cornel等提出來了;它屬于近似概率設(shè)計法,比半概率設(shè)計法進了一步;這種方法主要是引入了可靠設(shè)計理論,把影響結(jié)構(gòu)或構(gòu)件可靠性的各種因素都視為獨立的隨機變量,根據(jù)統(tǒng)計分析確定失敗概率來度量結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的可靠性。此法把構(gòu)件的承載力和作用效應(yīng)的概率分析聯(lián)系在一起,以安全指標(biāo)作為度量結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全度的尺度,較合理地對各類構(gòu)件的安全度作定量分析比較,達到等安全度的設(shè)計目的。這種設(shè)計方法的采用是規(guī)范最關(guān)鍵的改進,它給出了一種新的設(shè)計理念,是以后所有的設(shè)計的基礎(chǔ)。
(2)調(diào)整受彎構(gòu)件的整體穩(wěn)定系數(shù)。
(3)增加受彎構(gòu)件腹板局部穩(wěn)定計算的相關(guān)公式。
(4)軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性計算采用三條曲線。
(5)壓彎構(gòu)件的穩(wěn)定性改用相關(guān)公式計算。
(6)增加多層框架柱的計算長度,引入K1、K2(分別為相交于柱一端、柱下端的橫梁線剛度之和與柱線剛度這和的比值)來計算柱長度系數(shù),使構(gòu)件計算長度更加合理。
(7)疲勞計算以應(yīng)力幅代替應(yīng)力比。應(yīng)力比的應(yīng)用是在以前對疲勞破壞機理未能弄清楚且試驗設(shè)備又比較落后的情況下采用的,而現(xiàn)在出現(xiàn)了疲勞試驗機,為研究疲勞提供了硬件基礎(chǔ)。疲勞計算的應(yīng)力幅分為常幅和變幅疲勞計算。變幅疲勞采用Palmyrn Minerm線性累加損傷法則,把變幅疲勞折合成常幅疲勞,使得常幅、變幅疲勞計算公式趨于統(tǒng)一。
(8)連接中的直角角焊縫采用考慮應(yīng)力方向的計算方法。
(9)增加承壓型高強度螺栓連接。
(10)調(diào)整構(gòu)造要求的部分內(nèi)容。
(11)新增塑性設(shè)計,鋼管結(jié)構(gòu),鋼與混凝土組合梁計算。
由上可見GBJ17-88比TJ17-74增加了不少內(nèi)容,使得設(shè)計更加合理,適用范圍更廣。
2. GBJ50017-2003與GBJ17-88的比較。
隨著我國對外開放政策的實施,工業(yè)民用建筑得到了迅速的發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)日新月異,舊的設(shè)計規(guī)范已經(jīng)到了更新以適應(yīng)現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)需要的時候了。我國于2003年12月1日開始又實施了新的《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GBJ50017-2003,原GBJ17-88同時廢止。這次修改更加注意細節(jié),大大完善了《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》。主要表現(xiàn)在以下方面:
(1)明確規(guī)定了焊縫質(zhì)量級別,根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)重要性,荷載特性,焊接形式,工作環(huán)境,應(yīng)力狀態(tài)選用不同的焊縫等級。
(2)調(diào)整各種鋼種設(shè)計指標(biāo),對各類鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)具有的材質(zhì)提出了更完整的要求,推薦了Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼,增補了Q490。
(3)充實了框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析方法。規(guī)定對于(∑N·Δμ)/(∑H·h)>0.1的框架結(jié)構(gòu)宜采用二階彈性分析方法確定桿件內(nèi)力,以提高計算的精確度(公式中的參數(shù)含義具體見《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GBJ50017-2003)。
(4)取消原規(guī)范中吊車橫向水平荷載的增大系數(shù),給出吊車擺動產(chǎn)生橫向水平力的計算公式。吊車橫向水平力(卡軌力)原規(guī)定只與小車制動力有關(guān),而卡軌力則是在大車運行時發(fā)生,兩者存在概念上的不同,而對于沒有小車的特殊吊車,按原規(guī)范是算不出卡軌力的,這顯然很不合理。新規(guī)范借鑒前蘇聯(lián)、美國等國家的研究成果,針對我國有代表性的9種重級工作制吊車,經(jīng)過對比分析而得,比較符合實際情況。
(5)調(diào)整梁腹板局部穩(wěn)定的計算公式,不再把腹板看成是完全彈性板,而是考慮非彈性變形和幾何缺陷的影響,同時給出利用屈曲后強度的計算方法,對腹板的約束系數(shù)也進行了調(diào)整。
(6)增加了組成板件厚度t≥40mm的工字形截面和箱形截面在計算軸心受壓構(gòu)件時截面類別規(guī)定,增加了d類截面的φ值。d類截面的殘余應(yīng)力不但沿板寬方向變化,在厚度方向的變化也比較顯著,而且板件外表面以殘余應(yīng)力為主,對構(gòu)件穩(wěn)定影響較大,原規(guī)范只把板件厚度大于40mm的焊實腹截面歸為c類,這顯然很粗糙。
(7)增加了單軸對稱截面軸壓構(gòu)件繞對稱軸彎扭屈曲的計算方法。
(8)修改了受壓構(gòu)件受壓翼緣自由長度的側(cè)向支承的支撐力計算方法和交叉腹桿在平面外計算長度的確定方法。
(9)明確將框架界定為無支撐純框架、強支撐框架、弱支撐框架三類,并規(guī)定了各類框架計算長度系數(shù)的計算方法。
(10)新增加了帶有搖擺柱的無支撐純框架和弱支撐框架柱的計算長度確定方法。
(11)新規(guī)范中,應(yīng)力變化循環(huán)次數(shù)n≥5×104時,要進行疲勞計算,比原規(guī)范少了5×104次,修改并結(jié)合國外規(guī)定和建筑鋼結(jié)構(gòu)實際情況,比原來更安全。
(12)修改了在T形截面受壓構(gòu)件中,軸心受壓構(gòu)件和彎矩使腹板自由邊受拉的壓彎構(gòu)件,腹板高度與其厚度之比的規(guī)定。
(13)增加了梁與柱剛性連接和不設(shè)置柱的橫向加勁肋時,對柱腹板厚度或翼緣厚度的要求。
(14)新增板件在拉剪作用下的強度計算以及桁架點板的強度計算和穩(wěn)定方法。
(15)補充了平板支座、球形支座、橡膠支座等內(nèi)容。
(16)增加了插入式柱腳、埋入式柱腳及外包式柱腳的設(shè)計、構(gòu)造等規(guī)定。
(17)增加了大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的設(shè)計、構(gòu)造要求。
(18)增加了寒冷地區(qū)結(jié)構(gòu)抗脆斷能力的內(nèi)容。
(19)增加了空間圓管節(jié)點強度計算公式,增補矩形管或方形管結(jié)構(gòu)平面節(jié)點強度的計算方法及有關(guān)構(gòu)造規(guī)定。
(20)取消原規(guī)范“圓鋼、小角鋼的輕型鋼結(jié)構(gòu)”等章節(jié)。增補了鋼與混凝土組合梁負彎矩部位的計算方法,混凝土翼緣板用壓型鋼板做底模的組合梁計算和構(gòu)造特點,部分抗剪連接組合梁的設(shè)計規(guī)定以及組合梁撓度計算。

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