PPT鋼材性質(zhì)與結構體系設計綜述

1高等鋼鋼結構構理論論2010年9月26日2課程特特點實踐性性：從工程程實踐踐中發(fā)發(fā)現(xiàn)問問題，，總結結經(jīng)驗驗；綜合性性：綜合應應用各各種知知識解解決問問題；；創(chuàng)新性性：創(chuàng)造新新的技技術，，推動動工程程實踐踐發(fā)展展。3第一章章鋼鋼材性性質(zhì)與與結構構體系系設計計綜述述1.1鋼結構構的核核心價價值1.2鋼結構構工程程發(fā)展展的主主要四四個領領域1.3選用鋼鋼結構構的基基本原原因和和附加加原因因1.4鋼結構構設計計的流流程1.5鋼結構構的驗驗算1.6鋼結構構的概概念設設計：：1.6.1鋼結構構荷載載與作作用的的特點點1.6.2提高鋼鋼結構構承載載效率率的方方法1.6.3提高鋼鋼結構構建造造和維維護工工作效效率的的方法法1.6.4提高鋼鋼結構構延性性的方方法1.7鋼結構構的創(chuàng)創(chuàng)新－－反向向平衡衡法蘭蘭的研研發(fā)41.1鋼結構構的核核心價價值：：承、、重比比高、、快速速施工工和延延性好好1）承載載能力力與重重量之之比高高（用用于主主體結結構））傳統(tǒng)概概念：：強質(zhì)質(zhì)比，，針對對材料料新概念念：承承、重重比，，針對對結構構區(qū)別：：承載載能力力包含含材料料強度度因素素，也也包含含用此此種材材料做做成結結構件件的幾幾何要要素，，如作作為梁梁、柱柱，鋼鋼材可可形成成高效效的截截面；；作為為樓板板，鋼鋼材難難以形形成適適用、、高效效（高高抗彎彎模量量、高高慣性性矩））的截截面。。2）工廠廠制作作，工工地螺螺栓連連接，，施工工周期期短i）工工廠廠制制作作（（成成形形、、焊焊接接、、涂涂裝裝））優(yōu)優(yōu)質(zhì)質(zhì)高高效效ii）工工地地螺螺栓栓連連接接快快速速、、省省工工iii）充充分分利利用用時時間間與與空空間間交交叉叉特特性性，，節(jié)節(jié)約約工工期期51.1鋼結結構構的的核核心心價價值值：：輕輕質(zhì)質(zhì)、、快快速速和和延延性性好好3）結結構構延延性性好好i）在在極極限限荷荷載載與與作作用用下下可可進進行行內(nèi)內(nèi)力力重重分分布布ii）可可耗耗能能減減振振4）為為實實現(xiàn)現(xiàn)鋼鋼結結構構核核心心價價值值應應解解決決的的問問題題i）穩(wěn)穩(wěn)定定問問題題ii）銹銹蝕蝕問問題題iii）防防火火問問題題61.2鋼結結構構工工程程發(fā)發(fā)展展的的主主要要四四個個領領域域及及原原因因1、單單層層輕輕鋼鋼廠廠房房及及倉倉庫庫工程程受受力力特特點點：：表表面面活活荷荷載載小小，，跨跨度度大大工程程外外形形特特點點：：簡簡單單、、標標準準化化71.2鋼結結構構工工程程發(fā)發(fā)展展的的主主要要四四個個領領域域及及原原因因大眾眾汽汽車車三三期期工工程程山東東省省日日照照市市雙雙禾禾家家紡紡輕輕鋼鋼車車間間某輕輕鋼鋼廠廠房房現(xiàn)代代輕輕型型鋼鋼結結構構———廠房房81.2鋼結結構構工工程程發(fā)發(fā)展展的的主主要要四四個個領領域域及及原原因因2、大大跨跨度度公公共共建建筑筑屋屋面面工程程受受力力特特點點：：表表面面活活荷荷載載小小，，跨跨度度大大工程外形形特點：：造型復復雜多變變代表建筑筑物江寧體育育場詳見幻燈燈片10上海浦東東國際機機場詳見幻燈燈片11上海新國國際博覽覽中心詳見幻燈燈片12南京奧林林匹克體體育中心心詳見幻燈燈片13國家體育育場的“鳥巢”方案詳見幻燈燈片1491.2鋼結構工工程發(fā)展展的主要要四個領領域及原原因江寧體育育場大跨度公共建筑筑101.2鋼結構工工程發(fā)展展的主要要四個領領域及原原因9大跨度公共建筑筑上海浦東國際機場111.2鋼結構工工程發(fā)展展的主要要四個領領域及原原因大跨度公共建筑筑上海新國際博覽中心121.2鋼結構工工程發(fā)展展的主要要四個領領域及原原因大跨度公共建筑筑

南京奧體中心主場館的整體雄姿131.2鋼結構工工程發(fā)展展的主要要四個領領域及原原因大跨度公共建筑筑2008奧運會國家體育場方案141.2鋼結構工工程發(fā)展展的主要要四個領領域及原原因3、超高層層建筑工程受力力特點：：結構水水平荷載載與作用用和高度度的平方方成正比比，結構構的豎向向力作用用與水平平力作用用有耦連連放大之之勢。代表建筑筑物上海金貿(mào)貿(mào)大廈詳見幻燈燈片16浦東國際際金融大大廈詳見幻燈燈片17北京京廣廣中心詳見幻燈燈片17深圳地王王大廈詳見幻燈燈片18廣州中信信大廈詳見幻燈燈片19151.2鋼結構工工程發(fā)展展的主要要四個領領域及原原因1998年金茂茂大廈88層420m混凝土核核心筒:鋼巨型外外伸桁架架,鋼骨混凝凝土巨型型柱超高層建筑161.2鋼結構工工程發(fā)展展的主要要四個領領域及原原因超高層建筑浦東國際金融大廈226m高，56層，12萬m2，2000年竣工。北京京廣中心208m高，52層171.2鋼結構工工程發(fā)展展的主要要四個領領域及原原因超高層建筑1996年：深圳圳地王大大廈混凝土核核心筒，，鋼框架架81層，384m高，14.7萬m2，用鋼量量為24500T。181.2鋼結構工工程發(fā)展展的主要要四個領領域及原原因超高層建筑深圳發(fā)展中心大廈廣州中信大廈廣州中信大廈華南第一高樓，391m高，80層。191.2鋼結構工工程發(fā)展展的主要要四個領領域及原原因4、高聳結結構工程受力力特點同同超高層層建筑代表建筑筑物（結結構設計計創(chuàng)意，，結構形形式，特特點）佛山廣播播電視塔塔（230m高）詳見幻燈燈片20黑龍江廣廣播電視視塔（336m高）詳見幻燈燈片22林芝電視視塔（（103m高）詳見幻燈燈片22臨沂電視視塔（（326m高）詳見幻燈燈片22海南電視塔詳見幻燈片22河南電視塔（（388m高）詳見幻燈片22201.2鋼結構工程發(fā)發(fā)展的主要四四個領域及原原因高聳結構230m高佛山廣播電視塔211.2鋼結構工程發(fā)發(fā)展的主要四四個領域及原原因高聳結構黑龍江廣播電電視塔被稱為為龍塔，坐落落在哈爾濱高高新技術開發(fā)發(fā)區(qū)，高度為為336米，亞洲第一一鋼塔。電視視塔集廣播電電視發(fā)射、旅旅游觀光、廣廣告?zhèn)鞑ァ⒉筒惋媻蕵?、科科技樂園、無無線通訊、環(huán)環(huán)境氣象監(jiān)測測等多種綜合合性功能于一一身，成為素素有“東方莫斯科”美譽的北國名名城哈爾濱市市乃至黑龍江江省新的標志志性景觀。黑龍江電視塔塔221.2鋼結構工程發(fā)發(fā)展的主要四四個領域及原原因高聳結構西藏林芝多功功能電視塔建建于具有“西西藏江南”之之稱的林芝市市，塔高103米。該塔既具具有電視發(fā)射射功能，又兼兼有旅游觀光光功能。林芝芝電視塔塔身身由36根筆直的鋼管管在空中巧妙妙地組合成雙雙曲拋物面，，充分體現(xiàn)了了現(xiàn)代建筑優(yōu)優(yōu)美而獨特的的造型風格；；其內(nèi)由壓型型鋼板和采光光板構成的正正十六邊形井井道，玲瓏剔剔透，與外塔塔身配合相得得益彰。林芝電視塔231.2鋼結構工程發(fā)發(fā)展的主要四四個領域及原原因高聳結構臨沂電視塔總總高326米，塔頂天線線段總高98米。塔樓總體呈筆筆頭狀；塔身身沿漸開線狀狀桁架向下有有一些不銹鋼鋼索，使塔身身像一架豎琴琴，給人以音音樂的美感。。塔座為多層層建筑，平面面為漸開線狀狀，立面由內(nèi)內(nèi)向外逐漸降降低，恰似舒舒展的竹簡。。最奇妙的是是竹簡形幕墻墻上的窗洞大大小參差，疏疏密有致，細細看能品位出出書法作品那那種出神入化化的韻味。臨沂電視塔241.2鋼結構工程發(fā)發(fā)展的主要四四個領域及原原因高聳結構海南電視塔方方案由900個立方體鋼框框架構成，四四翼呈螺旋狀狀收縮上升，，塔座平面布布局呈風車狀狀，塔樓根據(jù)據(jù)需要，采用用玻璃幕墻對對立方體框架架進行封閉，，形成鑲嵌在在金屬框架中中晶瑩剔透的的寶石。海南電視塔方方案251.2鋼結構工程發(fā)發(fā)展的主要四四個領域及原原因高聳結構河南省廣播電電視發(fā)射塔總總高388m,由塔身結構、、塔樓結構及及桅桿結構等等組成。塔身身由內(nèi)筒及外外筒組成,采用全鋼結構構。外筒由10根桉葉糖形鋼鋼管塔柱構成成。河南電視塔261.3選用鋼結構的的基本原因和和附加原因1）基本原因：：活荷載與全部部豎向荷載之之比越小，采采用鋼結構優(yōu)優(yōu)越性更大；；2）附加原因：：i）跨度大，結結構效應放大大系數(shù)大ii）地震烈度大大iii）軟土地基IV）勞動力價格格高V）造型復雜271.4鋼結構設計的的流程圖1-1鋼結構設計流程圖

前期準備，調(diào)調(diào)查研究概念設計和結結構布置施工圖設計初步設計281.5鋼結構驗算的的內(nèi)容圖1-2鋼結構驗算內(nèi)容圖291.6鋼結構概念設設計1.6.1鋼結構荷載與與作用的特點點1）風荷載i）陣風系數(shù)βgz（計算墻、梁梁）和風振振系數(shù)βz（計算主體結結構）ii）風荷載的方方向及其與重重力荷載的組組合以及產(chǎn)生生的結構效應應2）冰雪荷載：：條件、取值值和導向3）溫度作用：：整體尺度，，平衡點；分析相對溫差差，釋放溫差差效應，初始始溫度控制及及溫差效應的的選取4）地震作用減輕附屬結構構增加結構延性性減少地震作用用效應增大結構阻尼尼5）荷載與結構構的變異301.6鋼結構概念設設計1.6.2提高鋼結構承承載效率的方方法1）使盡可能多多的構件處于于均布和簡單單應力狀態(tài)（（如桁架，拱拱，索結構等等）2）均衡發(fā)揮結結構整體效應應：如對高層鋼結結構的筒中筒筒，外筒與內(nèi)內(nèi)筒共同抗彎彎，但若外筒筒柱長細比加加大，則不能能與內(nèi)筒共同同抗彎，要用用桁架法解決決共同抗彎問問題。3）傳力直接例1）龍門吊提升升支架柱的連連接法蘭圖。。柱的壓力通過過局部承壓直直線傳遞（不通過法蘭蘭板抗彎及焊焊縫傳遞）龍門吊提升支支架柱的連接接法蘭圖311.6鋼結構概念設設計龍門吊提升支支架大梁連接接圖例2）龍門吊提升升支架大梁連連接圖。梁上翼緣壓力力通過局部承承壓直線傳遞遞（不通過高高強螺栓抗剪剪傳遞）例3）高強螺栓直直接張拉法提高螺栓強度度20%321.6鋼結構概念設設計4）利用各種可可能的因素傳傳遞內(nèi)力例：利用柱腳腳次彎矩產(chǎn)生生的柱腳局部部彎曲壓應力力產(chǎn)生剪力抗抗剪，取消抗抗剪鍵。5）區(qū)別不同受受力類別和比比例，分別確確定穩(wěn)定控制制條件和驗算算方法。例：對軸壓柱柱，徑厚比限限定小于100；對于主要受受彎管結構，，徑厚比超過過100~250之間，可對強強度作折減。。331.6鋼結構概念設設計6）通過研究明明確結構傳力力途徑例：法蘭板受受壓，法蘭板板受拉。法蘭連接示意意法蘭板計算341.6鋼結構概念設設計6）通過研究明明確結構傳力力途徑例：外法蘭受受彎，內(nèi)法蘭蘭受彎。外法蘭盤內(nèi)法蘭盤351.6鋼結構概念設設計1.6.3提高鋼結構建建造和維護工工作效率的方方法1）基本方法：：工廠制造，，工地螺栓連連接2）工廠成型，，焊接有專用用設備，優(yōu)質(zhì)質(zhì)高效，檢驗驗嚴格，還可可消除部分內(nèi)內(nèi)應力3）工廠制作完完噴砂后作防防腐蝕涂層，，工地螺栓連連接保護涂層層完好，提高高結構耐久性性4）工地螺栓連連接省時、省省工，內(nèi)應力力小5）螺栓連接特特殊問題的處處理：i）螺栓連接的的位置選擇a）考慮構件制制造、運輸、、安裝單元劃劃分；b）考慮安裝設設備及安裝工工藝c）考慮內(nèi)力較較小位置d）考慮節(jié)約約用鋼量e）對設計內(nèi)內(nèi)力較小而而變異較大大的構件采采用均衡設設計法361.6鋼結構概念念設計ii）螺栓連接接與工地焊焊接的適當當互補a）螺栓為焊焊縫作定位位保證b）焊接用于于翼緣受力力直接、高高效，無突突出物。c）螺栓要與與焊縫共同同受力須為為高強螺栓栓iii）螺栓的防防松a）普通螺栓栓應要求在在荷載頻遇遇值下不滑滑動。（預預拉力取1/3P）b）普通螺栓栓用雙螺母母或扣緊螺螺母防松c）受剪、受受拉高強螺螺栓靠預應應力防松d）受疲勞拉拉、壓交變變力的高強強螺栓連接接使用長螺螺桿，直接接張拉法施施工防松松371.6鋼結構概念念設計1.6.4提高鋼結構構延性的措措施1）保證材料料延性和沖沖擊韌性參數(shù)：延性性，沖擊韌韌性，厚度度，Z向性能，雜雜質(zhì)含量2）避免外形形突然變化化或銳角交交叉3）避免焊縫縫三向交叉叉及大量集集中4）連接配置置剛柔相濟濟，減少安安裝應力5）用滑移，，轉換結構構造成可控控的延性變變形例：高強螺螺栓由摩擦擦型向承壓壓型轉換過過程及其應應用38長圓圓孔孔變變型型性性高高強強螺螺栓栓節(jié)節(jié)點點長圓圓孔孔變變型型性性高高強強螺螺栓栓節(jié)節(jié)點點①概概念念按照照控控制制梁梁上上塑塑性性鉸鉸的的原原則則,采用用長長圓圓孔孔變變型型性性高高強強螺螺栓栓節(jié)節(jié)點點作作為為抗抗震震延延性性節(jié)節(jié)點點。。所所謂謂變變型型性性,是指指在在加加載載過過程程中中,連接接節(jié)節(jié)點點的的高高強強螺螺栓栓由由摩摩擦擦型型變變成成承承壓壓型型這這種種性性能能。。節(jié)節(jié)點點的的翼翼緣緣與與腹腹板板均均采采用用螺螺栓栓連連接接,螺栓栓孔孔開開成成長長圓圓形形,通過過螺螺栓栓的的滑滑動動來來增增加加節(jié)節(jié)點點的的延延性性變變形形能能力力。。39長圓圓孔孔變變型型性性高高強強螺螺栓栓節(jié)節(jié)點點②試驗驗概概況況i）試試驗驗對對象象試驗驗對對象象為為鋼鋼框框架架結結構構中中帶帶懸懸臂臂梁梁段段的的梁梁柱柱剛剛接接節(jié)節(jié)點點，，其其中中柱柱截截面面為為HN800××300,通過過支支座座及及錨錨栓栓固固定定在在試試驗驗臺臺上上,梁截截面面為為HM600××300。對4個試試件件進進行行循循環(huán)環(huán)加加載載,其中中1個為為對對比比試試件件,3個為為優(yōu)優(yōu)化化試試件件。。對對比比試試件件節(jié)節(jié)點點連連接接采采用用實實際際工工程程中中應應用用較較多多翼翼緣緣完完全全焊焊透透的的坡坡口口對對接接焊焊,腹板板用用螺螺栓栓連連接接。。而而優(yōu)優(yōu)化化試試件件采采用用的的是是長長圓圓孔孔變變型型性性高高強強螺螺栓栓連連接接節(jié)節(jié)點點，，長長圓圓孔孔長長軸軸方方向向是是沿沿梁梁的的軸軸線線方方向向，，構構件件在在連連接接處處接接觸觸面面處處理理方方法法為為噴噴砂砂后后生生赤赤銹銹。。40長圓圓孔孔變變型型性性高高強強螺螺栓栓節(jié)節(jié)點點ii）試試驗驗加加載載點點與與測測點點布布置置采用用液液壓壓千千斤斤頂頂在在梁梁端端加加勁勁肋肋處處施施加加循循環(huán)環(huán)荷荷載載P,上下下2個千千斤斤頂頂分分別別加加載載。。為為了了防防止止試試件件發(fā)發(fā)生生整整體體失失穩(wěn)穩(wěn),在梁梁的的兩兩側側各各設設置置1個側側向向支支撐撐。。為了了測測量量梁梁的的變變形形及及塑塑性性轉轉角角,在梁梁上上C1、C2、C3、C4位置置布布置置測測點點,每個個測測點點處處都都布布置置電電子子位位移移計計。。為為測測量量加加載載過過程程中中節(jié)節(jié)點點處處的的應應力力,在拼拼接接板板上上粘粘貼貼了了電電阻阻應應變變片片。。加載點及及測點布布置圖iii）加載制制度采用低周周反復加加載模式式,即在每級級荷載下下按靜力力荷載試試驗的模模式加載載和卸載載,再反向加加卸載進進行低周周循環(huán)。。41長圓孔變變型性高高強螺栓栓節(jié)點③試驗現(xiàn)象象彈性階段段：4個試件加加載中均均無聲音音發(fā)出,試件幾乎乎沒有任任何變形形。塑性階段段：對比比試件在在加載中中逐漸聽聽見細微微的響聲聲,最終剖口口處的腹腹板與翼翼緣連接接處出現(xiàn)現(xiàn)斷裂（（圖a）。3個優(yōu)化試試件,隨著循環(huán)環(huán)荷載的的增大,翼緣拼接接板出現(xiàn)現(xiàn)彎曲變變形（圖圖b），并在在加載過過程中伴伴隨著數(shù)數(shù)聲巨響響,翼緣的上上下兩塊塊拼接板板發(fā)生錯錯動。最最終翼緣緣連接板板屈曲,梁端變形形過大,試件發(fā)生生扭轉,停止加載載。在試試驗結束束之后觀觀察,螺栓在連連接板上上留下的的滑移痕痕跡非常常明顯（（圖c）。圖a圖c圖b42長圓孔變變型性高高強螺栓栓節(jié)點④試驗結果果與分析析i）滯回性性能對比試件件的滯回曲曲線呈紡紡錘型,無捏攏現(xiàn)現(xiàn)象,而優(yōu)化試試件的滯滯回曲線線基本成成平行四四邊形,滯回環(huán)所所包含的的面積較較大,說明具有有較好的的耗能能能力。試件滯回回曲線圖圖43長圓孔變變型性高高強螺栓栓節(jié)點ii）塑性轉角角對比試件件的塑性性轉角只只達到0.0204rad,而3個優(yōu)化試試件的塑塑性轉角角都大于于0.05rad,遠遠超過過了0.03rad（FEMA臨時指南南要求剛剛性連接接試件在在破壞時時的塑性性轉角））,抗震性能能得到大大幅提高高。梁端塑性性轉角表表注：θp是指梁端端塑性位位移除以以梁的長長度。iii）延性3個優(yōu)化試試件節(jié)點點的位移移延性系系數(shù)達到到對比試試件的2～3倍,延性變形形能力有有較大的的提高。。延性系數(shù)數(shù)表注：位移移延性系系數(shù)μ根據(jù)C4點的極限限位移Δu與屈服位位移Δy(梁截面進進入塑性性或螺栓栓滑移時時對應的的位移)之比來確確定。44長圓孔變變型性高高強螺栓栓節(jié)點iv）耗能能力力試件的能能量耗散散能力用用能量耗耗散系數(shù)數(shù)E表示。對比試件件隨著構構件進入入塑性,能量耗散散系數(shù)E逐漸增大大,最終破壞壞時耗散散系數(shù)達達到1.45。而優(yōu)化化試件的的能量耗耗散系數(shù)數(shù)都是先先增大后后減小,進入塑性性之后,通過螺栓栓的滑移移,構件的耗耗能能力力有了明明顯的提提升,在塑性階階段,3個構件的的能量耗耗散系數(shù)數(shù)分別達達到2.33、2.01、1.94。E-Δ關系曲線線圖45反向平衡衡法蘭創(chuàng)創(chuàng)新設計計過程反向平衡衡法蘭極極限承載載力試驗驗試驗目的的GJ2說明、試試驗現(xiàn)象象及結果果分析液壓張拉拉器研制制調(diào)兵山風風場試驗驗塔筒實實體安裝裝及現(xiàn)場場實測實體安裝裝實測目的的安裝階段段實測發(fā)電200小時后實實測反向平衡衡法蘭疲疲勞試驗驗試驗目的的GJ1說明、試試驗現(xiàn)象象及結果果分析結論1.7鋼結構的的創(chuàng)新－－反向平平衡法蘭蘭的研發(fā)發(fā)461.7.1反向平衡衡法蘭創(chuàng)創(chuàng)新設計計過程厚型鍛造造法蘭優(yōu)點：焊縫少，，抗疲勞勞性能好好，法蘭剛度度大。缺點：造價太高高，端面面要銑平平，材料用量量大，螺螺孔偏差差不易處理。。①47厚型鍛造造法蘭雙雙層法法蘭優(yōu)點：螺栓直徑徑減小，，數(shù)量增增多以改改善手工操作作條件，，并減小小法蘭板板尺寸及跨度度，從而而減小法法蘭板厚厚度，減少用鋼鋼量。缺點：焊接工作作量增大大較多，，部分焊焊縫有施工干干擾；端端面銑平平加工量量仍較大（無無改善））。②1.7.1反向平衡衡法蘭創(chuàng)創(chuàng)新設計計過程48厚型鍛造造法蘭雙雙層法法蘭反反向法蘭蘭優(yōu)點：1）取消下下法蘭板板后焊接接工作量量減少，且加加勁板的的焊接不不受下法法蘭板的阻擋擋，質(zhì)量量易于保保證；2）銑平加加工僅對對鋼管端端面，工工作量大為減少少；3）用鋼量量比雙層層法蘭減減少；4）保持螺螺栓加預預拉力便便利的特特點，從而抗疲疲勞性能能及維護護性能不不變。③1.7.1反向平衡衡法蘭創(chuàng)創(chuàng)新設計計過程49缺點：反向法蘭蘭中加勁勁板與鋼鋼管連接接焊縫的的彎曲作作用很大大，除了了要增加加加勁板板長度外外，還會會對鋼管管端部區(qū)區(qū)域產(chǎn)生生較大的的徑向壓壓力。由由于這部部分徑向向壓力缺缺少環(huán)狀狀下層法法蘭的平平衡，故故在鋼管管端部引引起很大大的環(huán)向向拉應力力。若要要減小這這一環(huán)向向拉應力力，則要要加長法法蘭的加加勁板，，加勁板板長了，，螺栓也也要加長長，用鋼鋼量又會會上升。。厚型鍛造造法蘭雙雙層法法蘭反反向法蘭蘭③1.7.1反向平衡衡法蘭創(chuàng)創(chuàng)新設計計過程50厚型鍛造造法蘭雙雙層法法蘭反反向法蘭蘭反反向平平衡法蘭蘭優(yōu)點：1）螺栓直直徑小，，長度適適當，可可精確控控制預預拉力值值從而達達到抗疲疲勞和免免維護功功能（功功能比厚厚型鍛鑄鑄法蘭提提高）；；2）螺栓操操作間距距不受加加勁板影影響，螺螺栓布布置細密密緊湊，，法蘭板板減薄；；④1.7.1反向平衡衡法蘭創(chuàng)創(chuàng)新設計計過程51優(yōu)點：3）減小鋼鋼材20%以上，同同時降低低法蘭部部分每噸噸成品單單價60%；4）端銑銑加工面面減少；；5）對管壁壁無不利利作用；；6）焊接量量較少，，焊接便便利；7）已有適適當工藝藝措施保保證接觸觸面質(zhì)量量。1.7.1反向平衡衡法蘭創(chuàng)創(chuàng)新設計計過程厚型鍛造造法蘭雙雙層法法蘭反反向法蘭蘭反反向平平衡法蘭蘭④521.7.2反向平衡衡法蘭極極限承載載力試驗驗試驗目的的判斷反向向平衡法法蘭節(jié)點點在設計計荷載情情況下是是否滿足受力力要求對法蘭節(jié)節(jié)點應力力、變形形做出評評估法蘭節(jié)點點的失效效模式及及極限承承載力為設計提提供參考考依據(jù)，，并根據(jù)據(jù)需要對對設計提提出改進意見見531.7.2反向平衡衡法蘭極極限承載載力試驗驗試驗說明明——標高15.92m～57.92m段1:3模型GJ2節(jié)點管壁外徑×厚度(mm)加勁板高度×厚度(mm)法蘭板寬度×厚度(mm)螺栓個數(shù)螺栓直徑螺栓預緊力(kN)鋼管面積比鋼管慣性矩比螺栓預緊力比縮尺模型FL2897×447×742×872M1240111FL31074×547×742×8108M1240111實際構件FL22690×12140×18120×2572M303558.9980.98.9FL33222×16140×18120×25108M303559.686.38.9541.7.2反向平衡衡法蘭極極限承載載力試驗驗GJ2說明——加工圖紙紙FL3FL2551.7.2反向平衡衡法蘭極極限承載載力試驗驗GJ2說明——測試方方案3-3截面處處應變變片(S1~S3)6-6截面處處應變變片(S4~S6)節(jié)點根根部1-1截面處處應變變花(T1~T3)節(jié)點外外2-2截面處處應變變花(T4~T6)節(jié)點根根部4-4截面處處應變變花(T7~T19)節(jié)點外外5-5截面處處應變變花(T10~T12)合計：：6片應變變片，，12個應位移測測試：：WY1~WY3合計：：3個位移移計561.7.2反向平平衡法法蘭極極限承承載力力試驗驗GJ2說明——加載方方案GJ2節(jié)點FL2和FL3的設計計彎矩矩荷載載值對對應的的千斤斤頂?shù)牡呢Q向向加載載值為為P=46KN。1:3縮尺后后，為為保證證截面面縮尺尺后的的應力力分布布及應應力水水平和和實際際構件件一致致，縮縮尺構構件上上的作作用力力、亦亦應按按比例例減小小。FL3FL2所以：：571.7.2反向平平衡法法蘭極極限承承載力力試驗驗GJ2說明——加載方方案臥式加載加載分兩個個階段：第一階段，，分級加載載到1.2倍設計荷載載(1.2x46=55kN)，然后卸載；；第二階段，，分級加載載，直至試試件破壞。。581.7.2反向平衡法法蘭極限承承載力試驗驗GJ2試驗現(xiàn)象及及結果分析析三個位移測測點荷載-位移曲線1.2倍設計荷載載作用下，，鋼管和法法蘭節(jié)點的的剛度沒有有發(fā)生突變變。卸載時時各位移測測點位移均均基本回彈彈至初始位位置，整個個試件處于于彈性狀態(tài)態(tài)。1.52倍設計荷載載時，鋼管管局部屈曲曲先于法蘭蘭節(jié)點破壞壞，說明法法蘭節(jié)點強強度足夠，，具備了相相當?shù)陌踩珒洹?.52倍設計荷載載時，距FL3節(jié)點根部3.5m處受壓區(qū)鋼鋼管發(fā)生局局部失穩(wěn)。。該截面所所受彎矩為為775.4kN.m，為規(guī)范計計算所得鋼鋼管抗彎承承載力(739.6kN.m)的1.05倍。591.7.2反向平衡法法蘭極限承承載力試驗驗GJ2試驗現(xiàn)象及及結果分析析鋼管截面測測點應力601.7.2反向平衡法法蘭極限承承載力試驗驗GJ2試驗現(xiàn)象及及結果分析析FL2節(jié)點法蘭段段內(nèi)鋼管同同一截面測測點應力FL2節(jié)點法蘭段段外鋼管同同一截面測測點應力T7~T9測點在法蘭蘭螺栓預緊緊力施加之之后布置，，其應變值值反映的是該點點的應變的的變化量。。卸載時，，基本上線線性變化回回歸至初始狀態(tài)，，可知鋼材材處于彈性性階段。611.7.2反向平衡法法蘭極限承承載力試驗驗GJ2試驗現(xiàn)象及及結果分析析FL3節(jié)點法蘭段段內(nèi)鋼管同同一截面測測點應力FL3節(jié)點法蘭段段外鋼管同同一截面測測點應力T1~T3測點在法蘭蘭螺栓預緊緊力施加之之后布置其其應變值反反映的是該點的應變變的變化量量。卸載時時，基本上上線性變化化回歸至初初始狀態(tài)，，可知鋼材處處于彈性階階段。試件上下各各測點的應應變隨荷載載增加而增增加，呈線線彈性變化化趨勢。加載至1.2倍設計荷載載時，最大大Von-mises應力289.9MPa發(fā)生在T6點，所有試驗測測點應力均均小于材料料屈服強度度。621.7.2反向平衡法法蘭極限承承載力試驗驗GJ2試驗現(xiàn)象及及結果分析析FL3節(jié)點法蘭段段內(nèi)鋼管同同一截面測測點應力FL3節(jié)點法蘭段段外鋼管同同一截面測測點應力T1在0.87倍設計荷載載時應力不不再隨荷載載增加而增增加，T1附近T4的荷載-應力曲線也也出現(xiàn)了拐拐點，說明明此時FL3節(jié)點受拉區(qū)區(qū)最外邊的鋼管壁壁已經(jīng)不再再是受壓頂頂緊狀態(tài)，，但從外觀觀上鋼管壁壁仍然貼緊并無脫開開跡象。0.87倍設計荷載載已大于荷荷載標準值值，出現(xiàn)這這種現(xiàn)象可能原原因是縮尺尺模型太小小，預拉力力施加不足足。631.7.3液壓張拉器器研制規(guī)范背景1）《鋼結構設計計規(guī)范》第7.2.2條規(guī)定，高高強螺栓預預拉力所以用扭矩矩對高強螺螺栓施加預預拉力使高高強螺栓的的預拉力值以及承承載能力值值降低2）扭矩、扭扭矩系數(shù)是是手段，最最終目的及及檢驗手段段的標準仍仍為預拉力值的的正確與否否；3）目前施工工驗收規(guī)范范對預拉力力值的允許許偏差較大大；(如M30，10.9級螺栓預拉拉力范圍為為325~390kN，偏差為-8％~9.9％）4）目前施工工驗收規(guī)范范對扭矩系系數(shù)的允許許相對誤差差在±15％左右。641.7.3液壓張拉器器研制液壓張拉器器的特點一、液壓張張拉高強螺螺栓可以達達到相當大大的預拉力力。對于大大直徑高強強螺栓栓，與用扭扭矩扳手相相比，明顯顯降低工人人勞動強度度。（如M30，10.9級，扭矩T=1.76kN??m）二、與不同同的夾具配配套使用，，可解決緊緊固高強螺螺栓時工具具本身的固固定問題：：1.無加勁法蘭蘭高強螺栓栓連接，加加“””形支架固固定張拉器器；2.有加勁肋法法蘭高強螺螺栓連接，，直接將拉拉力器壓在在加勁板上上；651.7.3液壓張拉器器研制液壓張拉器器的特點3.支架與螺桿桿的靈活多多變。661.7.3液壓張拉器器研制液壓張拉器器的應用范范圍1）鍍鋅高強強螺栓；2）僅扭矩系系數(shù)過期，，其它性能能符合標準準的高強螺螺栓；3）重復使用用多次的高高強螺栓；；4）剛接柱基基施加預拉拉力的錨栓栓；5）一般高強強螺栓。671.7.3液壓張拉器器研制動畫演示動畫681.7.4調(diào)兵山風場場試驗塔筒筒實體安裝裝及現(xiàn)場實實測實體安裝安裝中段準準備中段反向平平衡法蘭對對接691.7.4調(diào)兵山風場場試驗塔筒筒實體安裝裝及現(xiàn)場實實測實體安裝安裝上段試驗塔筒安安裝成功701.7.4調(diào)兵山風場場試驗塔筒筒實體安裝裝及現(xiàn)場實實測實測目的測量反向平平衡法蘭高高強螺栓使使用液壓張拉器后螺螺栓的應力力狀況，張張拉操作中預拉力損損失以及螺螺桿剪應力力大小及方向測量使用電電動扭矩扳扳手或使用用手動加力扳手時，，螺栓達到到設計預拉拉力值以及螺桿剪應應力大小及及方向測量風機發(fā)發(fā)電200小時后風機機塔筒法蘭蘭螺栓拉應應力變化狀狀況測量法蘭加加勁板平衡衡面頂緊處處應力711.7.4調(diào)兵山風場場試驗塔筒筒實體安裝裝及現(xiàn)場實實測安裝階段實實測721.7.4調(diào)兵山風場場試驗塔筒筒實體安裝裝及現(xiàn)場實實測安裝階段實實測采點次數(shù)A-3C-1備注螺栓拉應力MPa平衡面附近壓應力1--8702278-225469.3-46.4-0.0992--9282507-241油壓500516.4-49.6-0.0963--9882715-291559.3-59.9-0.1074--10402780-278油壓570572.7-57.3-0.1005--10562928-267擰緊603.2-55.0-0.0916--9012390-223卸壓492.3-45.9-0.0937--15151892-201張拉松動螺栓后，扳手擰緊389.8-41.4-0.106預拉力損失14.0%預應力損失失后接近設計計預拉力注：M30螺栓設計預預拉力355kN對應拉應力力為502MPa731.7.4調(diào)兵山風場場試驗塔筒筒實體安裝裝及現(xiàn)場實實測安裝階段實實測采點次數(shù)螺栓拉應力MPa平衡面附近壓應力1469.3-46.4-0.0992516.4-49.6-0.0963559.3-59.9-0.1074572.7-57.3-0.1005603.2-55.0-0.0916492.3-45.9-0.0937389.8-41.4-0.106實測時單側側螺栓施加加預緊力，，平衡面附附近壓應力力隨著螺栓栓拉應力增增大而增大大，平衡面面壓應力約約為測得螺螺栓拉力的的0.1倍，與計算算結果相符符。741.7.4調(diào)兵山風場場試驗塔筒筒實體安裝裝及現(xiàn)場實實測安裝階段實實測采點次數(shù)A-3C-1備注螺栓拉應力MPa平衡面附近壓應力7--15151892-201張拉松動螺栓后，扳手擰緊389.8-41.4-0.106使用扳手擰擰緊，螺栓栓拉力為設設計預拉力力的0.78倍時，剪應應力為90MPa，是螺栓拉拉應力(389.8MPa)的0.23倍，折算應應力是拉應力(389.8MPa)的1.08倍。實測所得使用扳扳手擰緊對對螺栓的扭扭轉不利作作用與規(guī)范范吻合。使用手動加加力扳手(四人推動)螺栓拉應力力能達到389.8MPa，約為螺栓設設計拉應力力502MPa的0.8倍。751.7.4調(diào)兵山風場場試驗塔筒筒實體安裝裝及現(xiàn)場實實測安裝階段段實測采點次數(shù)備注螺栓剪應力MPa螺栓拉應力MPa1-4106651513油壓300-227-18.0311.7-0.0582-5708221970油壓400-244-19.3405.8-0.0483-7289962483油壓500-237-18.8511.5-0.0374-73310742533擰緊-348-27.6521.8-0.0535-6359412176卸壓-341-27.0448.3-0.0606-84112212875油壓570-408-32.3592.3-0.0557-85212102895擰緊-377-29.9596.4-0.0508-69910172428卸壓-305-24.2500.2-0.048預拉力損失12.4%預拉力損失15.5%預應力損損失后接近設設計預拉力A-2螺栓761.7.4調(diào)兵山風風場試驗驗塔筒實實體安裝裝及現(xiàn)場場實測安裝階段段實測采點次數(shù)螺栓剪應力MPa螺栓拉應力MPa1-18.0311.7-0.0582-19.3405.8-0.0483-18.8511.5-0.0374-27.6521.8-0.0535-27.0448.3-0.0606-32.3592.3-0.0557-29.9596.4-0.0508-24.2500.2-0.048A-2螺栓使用液壓壓張拉器器張拉螺螺栓時，，螺栓中中剪應力力約為拉拉應力的的0.05倍，該剪剪應力由由螺桿與與螺母之之間的環(huán)環(huán)向靜摩摩擦引起起。螺栓栓剪應力力很小，，基本處處于單向向受拉應應力狀態(tài)態(tài)。771.7.4調(diào)兵山風風場試驗驗塔筒實實體安裝裝及現(xiàn)場場實測安裝階段段實測螺栓備注螺栓拉應力(MPa)A-3油壓570572.7擰緊603.2卸壓492.3A-2油壓500511.5擰緊521.8卸壓448.3油壓570592.3擰緊596.4卸壓500.2預拉力損失12.4%預拉力損失15.5%預應力損損失后接近設設計預拉力預拉力損失14.0%預應力損損失后接近設設計預拉力螺栓預拉拉力損失失隨著張張拉力的的增大而而增大。。超張拉拉至500時，預拉拉力損失失約為12.4%；超張拉拉至油壓壓570，預拉力力損失約約15%。781.7.4調(diào)兵山風風場試驗驗塔筒實實體安裝裝及現(xiàn)場場實測發(fā)電200小時實測測風機調(diào)試試發(fā)電200小時后，，于5月9~12日對調(diào)兵兵山風力力發(fā)電場場65#、66#試驗塔筒筒反向平平衡法蘭蘭螺栓檢檢測得到到以下結結果：①張拉器對對螺栓張張拉至325kN(設計預拉拉力355kN的0.91倍)時，梅花花扳手均均不能推推動。說說明所有有螺栓的的預拉力力滿足《鋼結構工工程施工工質(zhì)量驗驗收規(guī)范范(GB50205-2001)》》要求求。。附錄錄B緊固固件件連連接接工工程程檢檢驗驗項項目目第第B.0.4條表表B.0.4螺栓栓預預拉拉力力值值范范圍圍(kN)螺栓規(guī)格(mm)M16M20M22M24M27M30預拉力值P10.9s99~113142~177175~215206~250265~324325~3908.8s62~78100~120125~150140~170185~225230~275②張拉拉器器對對螺螺栓栓張張拉拉至至設設計計預預拉拉力力355kN時，，兩兩座座試試驗驗塔塔筒筒反反向向平平衡衡法法蘭蘭360個螺螺栓栓中中有有21個螺螺栓栓梅梅花花扳扳手手能能推推動動(占全全部部螺螺栓栓的的5.8%)。說說明明5.8%螺栓栓預預拉拉力力有有所所減減小小。。791.7.4調(diào)兵兵山山風風場場試試驗驗塔塔筒筒實實體體安安裝裝及及現(xiàn)現(xiàn)場場實實測測發(fā)電電200小時時實實測測檢測測過過程程中中對對這這21個預預拉拉力力不不足足的的螺螺栓栓超超張張拉拉，，螺螺母母擰擰緊緊卸卸壓壓預預拉拉力力損損失失后后螺螺栓栓預預拉拉力力為為螺螺栓栓設設計計預預拉拉力力355kN。少數(shù)數(shù)螺螺栓栓預預拉拉力力減減小小的的可可能能原原因因是是：：這這些些螺螺栓栓在在附附近近螺螺栓栓較較松松的的情情況況下下張張拉拉至至設設計計預預拉拉力力，，而而附附近近螺螺栓栓張張拉拉至至設設計計預預拉拉力力產(chǎn)產(chǎn)生生的的壓壓縮縮變變形形使使這這些些螺螺栓栓預預拉拉力力有有一一定定減減小小。。因此此在在螺螺栓栓張張拉拉施施工工過過程程中中，，應應嚴嚴格格按按施施工工過過程程張張拉拉到到位位，，盡盡可可能能避避免免先先張張拉拉的的螺螺栓栓在在后后張張拉拉螺螺栓栓的的作作用用下下預預拉拉力力減減小小。。801.7.5反向向平平衡衡法法蘭蘭疲疲勞勞試試驗驗試驗驗目目的的疲勞勞荷荷載載下下，，驗驗證證反反向向平平衡衡法法蘭蘭連連接接的的抗抗疲疲勞勞荷荷載載作作用用性性能能811.7.5反向向平平衡衡法法蘭蘭疲疲勞勞試試驗驗GJ1說明明———標高高36.92m～45.92m段1:2縮尺尺節(jié)點管壁外徑×厚度(mm)加勁板高度×厚度(mm)法蘭板寬度×厚度(mm)螺栓個數(shù)螺栓直徑螺栓預緊力(kN)鋼管面積比鋼管慣性矩比螺栓預緊力比縮尺模型FL21345×670×960×1272M1690111厚法蘭1328×6/61×2860M20155111實際構件FL22690×12140×18120×2572M303554.016.03.94厚法蘭2690×12/120×5560M395994.0516.43.86821.7.5反向向平平衡衡法法蘭蘭疲疲勞勞試試驗驗GJ1說明明———加工工圖圖紙紙為了了對對比比，，此此處處設設一一原原設設計計厚厚型型法法蘭蘭HFL反向向平平衡衡法蘭蘭FL2831.7.5反向向平平衡衡法法蘭蘭疲疲勞勞試試驗驗GJ1說明明———測試試方方案案4-4截面面處處應應變變花花(T11~T12)5-5截面面處處應應變變片片(S6~S7)節(jié)點點根根部部1-1截面面處處應應變變花花(T1~T5)節(jié)點點外外2-2截面面處處應應變變花花(T6~T10)節(jié)點點鋼鋼管管3-3截面面處處應應變變片片(S1~S5)合計計：：7片應應變變片片，，12個應應變變花花位移移測測試試：：WY1841.7.5反向向平平衡衡法法蘭蘭疲疲勞勞試試驗驗GJ1說明明———加載載方方案案FL2極限限荷荷載載縮尺尺模模型型GJ1節(jié)點點FL2設計計彎彎矩矩荷荷載載值值對對應應的的千千斤斤頂頂?shù)牡呢Q豎向向加加載載值值為為P=256kN，疲疲勞勞試試驗驗最最大大加加載載力力70.1kN。1:2縮尺尺后后，，為為