高等鋼結(jié)構(gòu)第十二章

1、15234111555244433212.1鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計(jì)12.1.1塑性設(shè)計(jì)對(duì)材料的要求 GB50017規(guī)定塑性設(shè)計(jì)：不直接承受動(dòng)態(tài)荷載的固端梁、連續(xù)梁以及由實(shí)腹式構(gòu)件組成的單層和兩層框架結(jié)構(gòu)。 利用材料的塑性性能，可以充分發(fā)揮材料的潛力，轉(zhuǎn)動(dòng)能力要求高。第 十二 章 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的其他問題 理想彈塑性材料dx=0，則曲率無限大，機(jī)構(gòu)無法形成。應(yīng)變硬化性能會(huì)使材料出現(xiàn)短的塑性區(qū)，曲率為有限值，能夠形成機(jī)構(gòu)。 截面A轉(zhuǎn)動(dòng)要求：曲率要求：承受兩個(gè)集中荷載的固端梁：理想彈塑性體的梁最大荷載P達(dá)不到塑性設(shè)計(jì)的極限荷載：圖12.1的梁:材料的屈服點(diǎn)fy248N/mm2，極限應(yīng)變?yōu)閡24%，本構(gòu)關(guān)系為理

2、想彈塑性和應(yīng)變硬化材料，極限曲率： 應(yīng)變硬化材料，極限強(qiáng)度為fu434N/mm2（相當(dāng)于1.75 fy）的梁。不論等于多少，最大荷載都可以達(dá)到并超過Pu。A.P.Hrennikoff用鋁合金連續(xù)梁做的試驗(yàn)表明，不僅缺少硬化性能的材料不適用于塑性設(shè)計(jì)，硬化程度很弱的材料也同樣不適用。 用于塑性設(shè)計(jì)的鋼材必須具有應(yīng)變硬化性能，并且不能過低。 塑性設(shè)計(jì)對(duì)材料的要求： 1、延伸率 2、強(qiáng)屈比 3、對(duì)應(yīng)于抗拉強(qiáng)度的應(yīng)變不小于20倍屈服點(diǎn)應(yīng)變結(jié)構(gòu)以形成機(jī)構(gòu)作為極限狀態(tài)來進(jìn)行設(shè)計(jì)還有兩個(gè)條件：1、板件局部屈曲，2、桿件彎扭屈曲防止板板在結(jié)構(gòu)成為機(jī)構(gòu)之前局部屈曲需要對(duì)它的寬厚比嚴(yán)格限制。 理想彈塑性E為零，剛

3、度為零，屈曲不可避免。 板件穩(wěn)定的原因在于材料的應(yīng)變硬化，E不為零。12.1.2防止局部屈曲處在屈服應(yīng)力下的翼緣板，如果腹板對(duì)它只起簡(jiǎn)支作用，根據(jù)正交異性板發(fā)生屈曲的平衡微分方程可得翼緣板的臨界荷載：板件極限寬厚比構(gòu)件受壓翼緣實(shí)際屈曲時(shí)，腹板隨同變形并起一定約束作用。考慮腹板約束翼緣的寬厚比限值不均勻彎矩時(shí)，翼緣的寬厚比應(yīng)不大于 不同的設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)塑性設(shè)計(jì)構(gòu)件的板件寬厚比限值的規(guī)定不盡相同。GB50017規(guī)范對(duì)懸伸寬厚比b/(2t)要求不超過：塑性設(shè)計(jì)中工字形截面的腹板寬厚比也需要嚴(yán)格限制。GB50017規(guī)范對(duì)工形截面腹板寬厚比的規(guī)定是：當(dāng)N/Af0.37時(shí)當(dāng)N/Af0.37時(shí) 材料屈服點(diǎn)越高，

4、要求板件寬厚比限制得越小，才能保證需要的轉(zhuǎn)動(dòng)能力。12.1.3防止彎扭屈曲防止構(gòu)件在出現(xiàn)機(jī)構(gòu)前彎扭屈曲要布置側(cè)向支撐： （1）塑性鉸截面（2）每隔一定跨度考察有側(cè)向支撐的梁純彎曲段的彎扭屈曲T形截面軸心壓桿，不受下一半的約束，承受壓力Afy/2，彎曲剛度為EIy/2，臨界長(zhǎng)細(xì)比為R為轉(zhuǎn)動(dòng)能力不計(jì)算結(jié)構(gòu)變形 引入計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)k 塑性設(shè)計(jì)中支撐構(gòu)件應(yīng)該具一定的強(qiáng)度和剛度GB50017的規(guī)定：當(dāng)0.5M1/Wpxf1.0時(shí)當(dāng)1M1/Wpxf0.5時(shí)12.2抗震鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)12.2.1循環(huán)拉壓的軸力構(gòu)件房屋結(jié)構(gòu)中抗側(cè)力的支撐，屬于循環(huán)拉壓的軸力構(gòu)件。 寬翼緣工字鋼試件軸力與軸向變形關(guān)系的滯回曲線。 滯

5、回環(huán)的圖形和桿件長(zhǎng)細(xì)比有密切關(guān)系。 超過12層的房屋中的鋼中心支撐的長(zhǎng)細(xì)比在設(shè)防烈度6、7度地區(qū)不宜超過，在設(shè)防烈度為8度的地區(qū)最好不大于，9度地區(qū)則不宜大于?？拐鹪O(shè)計(jì)中確定支撐截面時(shí)應(yīng)把材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值乘以折減系數(shù) 雙軸對(duì)稱的桿件優(yōu)于單軸對(duì)稱的，實(shí)腹桿件優(yōu)于填板組合的雙肢桿件。角鋼組成的支撐桿的抗震性能：平面內(nèi)屈曲、平面外屈曲。填板的數(shù)量和尺寸對(duì)雙角鋼組合構(gòu)件的抗震性能至關(guān)重要。兩根角鋼從兩邊扣在節(jié)點(diǎn)板上形成箱形截面，抗震性能要比T形截面優(yōu)越得多。耗散能量的能力提高1倍以上，斷裂壽命則提高60%。十字撐荷載位移的滯回曲線 循環(huán)拉壓的軸力構(gòu)件的板件寬厚比限制，應(yīng)比塑性設(shè)計(jì)的框架構(gòu)件更為嚴(yán)格，JG

6、J9990規(guī)定支撐斜桿懸伸寬厚比應(yīng)不超過 ，I形截面腹板和箱形截面壁板寬厚比應(yīng)不超過12.2.2框架無P效應(yīng)和有此效應(yīng)時(shí)水平荷載位移的滯回曲線有P效應(yīng)與無P效應(yīng)不同：一是在相同的位移循環(huán)之下H力較高；二是滯回曲線有負(fù)斜率?？蚣茉诘卣鹱饔孟碌臏匦阅芎涂蚣苤泻艽笙嗨浦?。壓彎（和受彎）構(gòu)件的試驗(yàn)研究控制框架柱的軸壓，是抗震設(shè)計(jì)應(yīng)該注意的一個(gè)問題。高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定在同時(shí)符合下列兩個(gè)條件時(shí)可不進(jìn)行高層鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定驗(yàn)算。（1）結(jié)構(gòu)各樓層的柱子平均長(zhǎng)細(xì)比和平均軸壓比N/Ny滿足 （2）結(jié)構(gòu)按一階線彈性計(jì)算所得的各樓層層間相對(duì)位移值滿足在靜力荷載作用下，P效應(yīng)使結(jié)構(gòu)內(nèi)力增大，而對(duì)承受動(dòng)力

7、荷載的結(jié)構(gòu)則是增大自振周期，二者有顯著差別。歐洲抗震規(guī)范EC81988規(guī)定可以忽略P效應(yīng)的重要依據(jù)是每層的彈性層間位移符合歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)的地震區(qū)鋼結(jié)構(gòu)建議強(qiáng)柱弱梁抗震設(shè)計(jì)的的框架 1、限制軸壓比 2、限制層間位移 3、限制構(gòu)件截面寬厚比 4、強(qiáng)柱弱梁要求12.2.3偏心支撐框架偏心支撐框架結(jié)構(gòu)：支撐一端或兩端做成偏心交匯，在梁端留出短段用于發(fā)展塑性和耗散地震能量，綜合了框架和軸交支撐體系的優(yōu)點(diǎn)。K型偏心支撐滯回曲線 Y型偏心支撐滯回曲線 骨架曲線 耗能梁段的長(zhǎng)度 Mp=Wpfy和Vp=0.58h0twfy偏心支撐形成機(jī)構(gòu)時(shí)，耗能梁段的轉(zhuǎn)角為柱轉(zhuǎn)角的L/e倍 由于耗能梁段承受很大剪應(yīng)力，必須對(duì)它

8、的腹板設(shè)置排列較密的加勁肋，以防屈曲。在耗能梁段兩端上、下翼緣處都應(yīng)設(shè)置水平側(cè)向支撐，以防側(cè)扭失穩(wěn)。 支撐應(yīng)按和耗能梁端強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的軸力的1.6倍計(jì)算。12.2.4防曲支撐框架防曲支撐框架的新結(jié)構(gòu)體系：支撐桿由芯桿和套管兩部分組成從三個(gè)方面驗(yàn)算支撐桿在壓力作用下的穩(wěn)定性。（1）桿的整體穩(wěn)定驗(yàn)算，臨界應(yīng)力是（2）芯桿在橫向約束下的穩(wěn)定（3）芯桿屈服段延伸于套管外的短段的扭轉(zhuǎn)屈曲利用塑性理論，外伸段的扭轉(zhuǎn)屈曲臨界應(yīng)力為12.2.5框架的剛性連接節(jié)點(diǎn)梁與柱全焊連接，梁腹板與柱用高強(qiáng)螺栓連接，但梁翼緣仍然用全熔透的坡口焊與柱相連。（1）襯墊板在施焊后沒有除去，它柱翼緣之間的縫隙形成人為裂紋。（2）梁腹板

9、切角較小，使焊縫在腹板處不易焊好，也難于檢查，以致于留下嚴(yán)重的缺陷。 （3）厚度大的柱翼緣和柱橫向加勁肋對(duì)變形的約束作用使梁翼緣超負(fù)荷，其連接焊縫處于三向拉伸的應(yīng)力狀態(tài)，延性受到限制。改善連接節(jié)點(diǎn)抗震性能的途徑： （1）保留這種連接型式，實(shí)行下列改進(jìn)措施1）除掉下翼緣的襯墊板，進(jìn)行清根和補(bǔ)焊，并加焊韌性良好的角焊縫。2）改變腹板下角的切角形狀和尺寸，并對(duì)火焰切割邊緣打磨拋光。3）對(duì)焊縫韌性提出要求，21夏比沖擊韌性不低于54J、29時(shí)不低于27J。（4）該次地震來勢(shì)猛，水平方向加速度最大達(dá)1.8g，豎向1.2g。應(yīng)變速率大，使材料斷裂韌性下降。（5）焊縫金屬的韌性偏低。 （6）梁所用A36號(hào)鋼（相當(dāng)于Q235）的實(shí)際屈服點(diǎn)比標(biāo)準(zhǔn)值高出很多，以至塑性不能開展 （2）利用保險(xiǎn)絲的概念，