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鋼結(jié)構(gòu)抗疲勞的構(gòu)造設(shè)計(jì)

發(fā)布者:建銘  發(fā)布時(shí)間:2019/5/25 7:35:31

 無論是從抗脆斷或抗疲勞的角度出發(fā);都要求設(shè) 計(jì)者選擇應(yīng)力集中程度低的構(gòu)造方案。應(yīng)力集中通常出現(xiàn)于結(jié)構(gòu)表面的凹凸處和截劇的突變(包括孔洞造成的截面突變)處。因此在板的餅按中,能采用對接焊縫時(shí)就避免采用拼接板加角焊縫的方式。焊才二構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)板宜有連續(xù)光滑的困弧過渡段,如圖2-19a所示,圓弧半徑不小于60mm。如果用梯形節(jié)點(diǎn)板加此因弧過波段,在《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄E中列為5類,而沒有圓弧過渡段的矩形節(jié)點(diǎn)板則為7類。前者的疲勞強(qiáng)度比后者高30%。如果節(jié)點(diǎn)板與構(gòu)件的連接改為高強(qiáng)度螺栓,則既可免除過渡段加工的麻煩,又可改善疲勞性能。摩擦型高強(qiáng)度螺栓的連接在《規(guī)范》附錄E中列為2類。比7類高一倍多。但是要注意必須針對引起應(yīng)力集中的實(shí)際原因來采取對策。如圖2-19b所示的困弧過渡并不能有效地減小應(yīng)力集中程度,因?yàn)樵诳v剖面l一l的截面突變處沒有設(shè)置光滑過渡段,如果按縱剖面劇上虛線所示。將厚度改成漸變,效果會顯著得多。應(yīng)力不均勻亦可由不當(dāng)?shù)募?xì)部構(gòu)造所致。因2-20所示的梁柱焊接連接,如果在構(gòu)造上設(shè)置了龐線所示的橫加勁肋,那么可認(rèn)為梁冀緣應(yīng)為是均勻的,來進(jìn)行疲勞校核。反之,構(gòu)造上來設(shè)置橫加勁肋時(shí),由于拄冀緣的變形,平截面假定不再成立,不能把梁翼緣應(yīng)力看傲是均勻的。這種應(yīng)力不均勻的情形,設(shè)計(jì)規(guī)范一般都不考慮,應(yīng)當(dāng)用可靠的方法(如有限單元法)確定應(yīng)力分布,以應(yīng)力峰值確定應(yīng)力傾來進(jìn)行疲勞校核。顯然,為避免繁重的計(jì)算,以設(shè)置橫加勁肋為好。在梁端板通過螺栓與校翼緣連接的情形,如果螺栓間距較大而端板抗彎剛度不足時(shí),類似問題亦可出現(xiàn),如沒有構(gòu)造措施糾正這種狀況時(shí),梁端截面的疲勞校核應(yīng)當(dāng)計(jì)及應(yīng)力集中系數(shù)。

盡量避免多條焊縫栩互交匯而導(dǎo)致高殘余拉應(yīng)力的悄形。尤其是三條在空間相互港宜的焊縫交于一點(diǎn)時(shí),將造成三軸拉應(yīng)力的不利狀況。為此,在設(shè)計(jì)承受疲勞街載的受彎構(gòu)件時(shí),常將橫向加勁肋與構(gòu)件的受按緣之間保持一段距離。一般取如50 -100(見GB50017第8.5.6條),如果是重級工作做吊車梁,則要求通過對加勁肋端部進(jìn)行疲勞校核來確定這段距離。對于連接橫向支撐處的橫向加勁肋,可以把橫向加勁肋和受拉冀緣頂緊不焊,且將加勁肋切角,保持腹板與加勁肋50 -100mm不焊。
應(yīng)力集中不可避免時(shí),盡可能地將其設(shè)置于低應(yīng)力區(qū)亦是抗疲勞構(gòu)造設(shè)計(jì)的措施之一。采用多層翼緣的變截面焊接梁時(shí),外層翼緣切斷處的應(yīng)力集中總是存在的。在圖2?22中,A是理論切斷點(diǎn),按靜力計(jì)算要求的切斷點(diǎn)是B(長度1,按現(xiàn)行CB 50017規(guī)范8.4.10條確定)。從疲勞校核的角度看,如果在B點(diǎn)處切斷的應(yīng)力倆不能滿足,可以延伸長度1,到C點(diǎn)處切斷,如圖2-22a所示,使得在C點(diǎn)處的應(yīng)力幅滿足疲勞校核的條件,此舉顯然要比地大梁截面可取。圖2-22b 中,是將焊縫延伸到按靜力計(jì)算要求的B點(diǎn)后,改用摩擦型商強(qiáng)螺栓來傳遞層問剪力的方案。摩擦型商強(qiáng)螺栓抗剪連接具有較好的疲勞性能,可大大提高梁的抗疲勞能力。所需螺栓數(shù)量以傳遞翼板全部內(nèi)力為原則來決定。在施工中,宜先安裝高強(qiáng)螺栓,然后施焊縱向角餌縫。這種盡可能由強(qiáng)度計(jì)算而不是由疲勞校核來控制構(gòu)件尺寸的思路應(yīng)該滲透在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。
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