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鋼結構設計技術的發展
發布時間:2014-05-19
(1)以概率理論為基礎的極限狀態設計法取代原有的容許應力法。在TJ17-74中,鋼結構采用容許應力法進行設計。這種設計方法屬于半概率極限設計法,只有少數設計參數,如鋼材的設計強度、風雪荷載等采用了概率分析確定其設計采用值,大多數荷載,其他不定性參數,結構構件的承載力,作用效應并未進行綜合的概率分析,只能使用安全系數來大致協調,而安全系數為定值且都是憑以往的設計經驗選定的,因而設計的結構和不同的構件的安全度不可能相等,顯然這種設計方法是不合理的。GBJ17-88引入的極限狀態設計方法早在1960年代末就由C.A.Cornel等提出來了;它屬于近似概率設計法,比半概率設計法進了一步;這種方法主要是引入了可靠設計理論,把影響結構或構件可靠性的各種因素都視為獨立的隨機變量,根據統計分析確定失敗概率來度量結構或構件的可靠性。此法把構件的承載力和作用效應的概率分析聯系在一起,以安全指標作為度量結構構件安全度的尺度,較合理地對各類構件的安全度作定量分析比較,達到等安全度的設計目的。這種設計方法的采用是規范最關鍵的改進,它給出了一種新的設計理念,是以后所有的設計的基礎。
(2)調整受彎構件的整體穩定系數。
(3)增加受彎構件腹板局部穩定計算的相關公式。
(4)軸心受壓構件的穩定性計算采用三條曲線。
(5)壓彎構件的穩定性改用相關公式計算。
(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,使構件計算長度更加合理。
(7)疲勞計算以應力幅代替應力比。應力比的應用是在以前對疲勞破壞機理未能弄清楚且試驗設備又比較落后的情況下采用的,而現在出現了疲勞試驗機,為研究疲勞提供了硬件基礎。疲勞計算的應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一。
(8)連接中的直角角焊縫采用考慮應力方向的計算方法。
(9)增加承壓型高強度螺栓連接。
(10)調整構造要求的部分內容。
(11)新增塑性設計,鋼管結構,鋼與混凝土組合梁計算。
由上可見GBJ17-88比TJ17-74增加了不少內容,使得設計更加合理,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,工業民用建筑得到了迅速的發展,鋼結構設計技術日新月異,舊的設計規范已經到了更新以適應現代鋼結構建設需要的時候了。我國于2003年12月1日開始又實施了新的《鋼結構設計規范》GBJ50017-2003,原GBJ17-88同時廢止。這次修改更加注意細節,大大完善了《鋼結構設計規范》。主要表現在以下方面:
(1)明確規定了焊縫質量級別,根據不同的結構重要性,荷載特性,焊接形式,工作環境,應力狀態選用不同的焊縫等級。
(2)調整各種鋼種設計指標,對各類鋼結構應具有的材質提出了更完整的要求,推薦了Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼,增補了Q490。
(3)充實了框架結構內力分析方法。規定對于(∑N·Δμ)/(∑H·h)>0.1的框架結構宜采用二階彈性分析方法確定桿件內力,以提高計算的精確度(公式中的參數含義具體見《鋼結構設計規范》GBJ50017-2003)。
(4)取消原規范中吊車橫向水平荷載的增大系數,給出吊車擺動產生橫向水平力的計算公式。吊車橫向水平力(卡軌力)原規定只與小車制動力有關,而卡軌力則是在大車運行時發生,兩者存在概念上的不同,而對于沒有小車的特殊吊車,按原規范是算不出卡軌力的,這顯然很不合理。新規范借鑒前蘇聯、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,經過對比分析而得,比較符合實際情況。
(5)調整梁腹板局部穩定的計算公式,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,對腹板的約束系數也進行了調整。
(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件時截面類別規定,增加了d類截面的φ值。d類截面的殘余應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力為主,對構件穩定影響較大,原規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件繞對稱軸彎扭屈曲的計算方法。
(8)修改了受壓構件受壓翼緣自由長度的側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,并規定了各類框架計算長度系數的計算方法。
(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)新規范中,應力變化循環次數n≥5×104時,要進行疲勞計算,比原規范少了5×104次,修改并結合國外規定和建筑鋼結構實際情況,比原來更安全。
(12)修改了在T形截面受壓構件中,軸心受壓構件和彎矩使腹板自由邊受拉的壓彎構件,腹板高度與其厚度之比的規定。
(13)增加了梁與柱剛性連接和不設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定方法。
(15)補充了平板支座、球形支座、橡膠支座等內容。
(16)增加了插入式柱腳、埋入式柱腳及外包式柱腳的設計、構造等規定。
(17)增加了大跨度屋蓋結構的設計、構造要求。
(18)增加了寒冷地區結構抗脆斷能力的內容。
(19)增加了空間圓管節點強度計算公式,增補矩形管或方形管結構平面節點強度的計算方法及有關構造規定。
(20)取消原規范“圓鋼、小角鋼的輕型鋼結構”等章節。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造特點,部分抗剪連接組合梁的設計規定以及組合梁撓度計算。

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