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    目前網(wǎng)(殼)架及鋼結(jié)構(gòu)中值得探討的問(wèn)題

    作者:建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
    時(shí)間:2009-12-22 20:32:03 [收藏]

      丁蕓孫 中國(guó)航空設(shè)計(jì)研究院



      2、網(wǎng)架規(guī)程認(rèn)為計(jì)算公式是試驗(yàn)回歸的結(jié)果,而網(wǎng)殼規(guī)程認(rèn)為Φ500以上的球是理論分析的結(jié)果,是理論分析,還是試驗(yàn)回歸,或半理論半試驗(yàn)公式是否應(yīng)明確定性,如果是試驗(yàn)回歸,Φ500以上球試驗(yàn)很少就不能將公式延伸至Φ900,如果是理論分析如何說(shuō)明沖剪破壞的機(jī)理,為什么同樣直徑的球在鋼管周長(zhǎng)的單位長(zhǎng)度沖剪強(qiáng)度當(dāng)直徑Φ89與Φ500差到3倍,是不是復(fù)雜應(yīng)力破壞,如何說(shuō)明沖剪強(qiáng)度與鋼管壁厚沒(méi)有關(guān)系,而在數(shù)量極少的試驗(yàn)資料中Φ650的壓肋球試驗(yàn)結(jié)果4000KN而按網(wǎng)殼規(guī)程驗(yàn)算應(yīng)可達(dá)4534KN,成熟的理論計(jì)算公式不應(yīng)該在僅有個(gè)別試驗(yàn)情況下都包絡(luò)不住。
      3、即使我們認(rèn)為是成熟的理論公式是否也應(yīng)對(duì)超大直徑球進(jìn)行了一定數(shù)量破壞試驗(yàn),以確保公式的科學(xué)性與可靠性。
      因此我們認(rèn)為目前設(shè)計(jì)中采用超大直徑球時(shí)應(yīng)慎重對(duì)待。
      二、鋼結(jié)構(gòu)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)是否要乘以陣風(fēng)系數(shù)
      風(fēng)分為平均風(fēng)即穩(wěn)定風(fēng)和脈動(dòng)風(fēng),由于瞬時(shí)風(fēng)壓可能比平均風(fēng)壓高出甚多,因而要乘以風(fēng)壓脈動(dòng)的陣風(fēng)系數(shù),陣風(fēng)系數(shù)各種規(guī)范不同,如我們將10分鐘平均風(fēng)速折算到瞬時(shí)風(fēng)速即要乘以1.5系數(shù),折算為風(fēng)壓陣風(fēng)系數(shù)為(1.5)2=2.25,目前我國(guó)規(guī)范陣風(fēng)系數(shù)為2左右.
      鋼結(jié)構(gòu)在瞬時(shí)荷載下應(yīng)力可提高,如地震規(guī)范規(guī)定在瞬時(shí)地震下根據(jù)結(jié)構(gòu)的塑性程度鋼結(jié)構(gòu)可考慮承載力抗震調(diào)正系數(shù)梁柱可用0.75,其含義即考慮塑性材料在瞬時(shí)荷載下應(yīng)力的提高。對(duì)于玻璃幕墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)由于玻璃是脆性材料在瞬時(shí)下應(yīng)力不允許提高,因此考慮陣風(fēng)系數(shù)是理所當(dāng)然,但目前許多設(shè)計(jì)均將鋼結(jié)構(gòu)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)乘以陣風(fēng)系數(shù),即使設(shè)計(jì)未乘,審查單位也會(huì)要求加上,鋼結(jié)構(gòu)圍護(hù)結(jié)構(gòu)是否要乘陣風(fēng)系數(shù),乘了后有何后果很值得探討,如果塑性的鋼結(jié)構(gòu)圍護(hù)結(jié)構(gòu)考慮陣風(fēng)系數(shù),那么脆性的玻璃幕墻陣風(fēng)系數(shù)要不要再加大,現(xiàn)在大臺(tái)風(fēng)下均是圍護(hù)結(jié)構(gòu)掀起破壞,大部分是連接不強(qiáng),很少主體結(jié)構(gòu)倒塌,如果鋼結(jié)構(gòu)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)了2倍多,會(huì)不會(huì)大臺(tái)風(fēng)下圍護(hù)結(jié)構(gòu)挺住了而主體結(jié)構(gòu)倒塌。
      三、規(guī)范規(guī)定基本自振周期下大于0.25S 的工程結(jié)構(gòu)如房屋屋蓋及各種高聳結(jié)構(gòu)均應(yīng)考慮順風(fēng)向風(fēng)振影響。風(fēng)力一般有順風(fēng)力、橫向力及扭力矩,對(duì)稱結(jié)構(gòu)雖然旋渦有不對(duì)稱存在但橫向風(fēng)及風(fēng)扭力矩影響很小可忽略,順風(fēng)效應(yīng)將是主要作用,現(xiàn)在風(fēng)振即是順風(fēng)向。脈動(dòng)風(fēng)屬于隨機(jī)動(dòng)力特性,對(duì)于剛度較小風(fēng)力下變形較大的結(jié)構(gòu)在脈搏動(dòng)風(fēng)情況下會(huì)引起某種程度的共振,引起風(fēng)振,一般高聳建筑即會(huì)風(fēng)振,對(duì)于剛性建筑則不會(huì)引起風(fēng)振,絕對(duì)剛性的建筑是不存在的,只能是風(fēng)振影響小可不考慮。
      過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)是高寬比小于1.5的結(jié)構(gòu)即不考慮風(fēng)振,現(xiàn)規(guī)范以T?0.25S為判斷,不少屋蓋結(jié)構(gòu)都要考慮風(fēng)振。規(guī)范風(fēng)振公式都僅適用于高聳建筑,風(fēng)振計(jì)算又較復(fù)雜,也無(wú)統(tǒng)一算法,一般設(shè)計(jì)單位都難以計(jì)算,而審查單位又往往根據(jù)規(guī)范一定要設(shè)計(jì)提供風(fēng)振計(jì)算,使設(shè)計(jì)單位非常為難,因此目前迫切希望規(guī)范能提供一些具體規(guī)定跨度超過(guò)多少,高寬比大于1.5的才要計(jì)算,另外也可以總結(jié)目前計(jì)算結(jié)果提出算法,如一般屋蓋計(jì)算的最大風(fēng)振系數(shù)約為1.4,風(fēng)振系數(shù)分布對(duì)四邊支承結(jié)構(gòu)為鍋底形,三面支承結(jié)構(gòu)為菠箕形,固定柱支承附近風(fēng)是振不起來(lái)的。
      四、目前我們的計(jì)算均是“滿應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)”,因此有的相鄰桿截面大小相差較大,現(xiàn)有規(guī)定認(rèn)為這不利于塑性重分布,因此要求相鄰截面之差限制在1-2級(jí)規(guī)格,這樣給設(shè)計(jì)帶來(lái)了“為難”如按此要求所有的設(shè)計(jì)程序計(jì)算后均需進(jìn)行人工調(diào)正,設(shè)計(jì)工作量大為增加難以實(shí)行,是否有此必要也值得探討。我們分析內(nèi)力塑性重分布是有一定規(guī)律的,基本根據(jù)載面大小來(lái)分布,如在一條力線上如果斷了一根桿,力就難以分配到前后桿,只能分配給左右桿,一般與力線平行的左右桿其截面不可能相差很大,這樣斷桿的力分到左右桿。根據(jù)Mero規(guī)程,當(dāng)一根桿已斷內(nèi)力重分布時(shí)已屬于體系可靠性,其安全度達(dá)到K=1.0即可,而斷的桿件通過(guò)橫向桿傳到左右桿,雖然橫向斷面與主桿可能相差較大,但短距離傳到左右桿還是能保證的,因此不需要因塑性重分布將相鄰桿均加大到只差1-2級(jí)。
      前一階段由于美國(guó)哈特福特109.7×91.4m網(wǎng)架倒塌,雖然查明倒塌原因是支撐布置不當(dāng),腹桿失穩(wěn),支撐偏心,但國(guó)內(nèi)外仍有人提到網(wǎng)架會(huì)“漸進(jìn)破壞”“多米諾效應(yīng)”即一根桿失穩(wěn)會(huì)引起連鎖反應(yīng)逐步失穩(wěn)倒塌,國(guó)內(nèi)還有試驗(yàn)驗(yàn)證了一根桿破壞連續(xù)引起其它桿破壞而倒塌,但我們認(rèn)為這是由于試驗(yàn)受條件限制,即安全度均用加大荷載來(lái)表達(dá),實(shí)際上安全度是包括材料的勻質(zhì),計(jì)算的準(zhǔn)確性及其它因素,從失效概念來(lái)分析,即一根桿斷后,第二桿斷的安全度可降低,因?yàn)闃O端不利條件使第一根桿斷裂,而第二根桿就不可能那么巧又碰上同樣極端不利條件,根據(jù)mero規(guī)程第二根斷裂時(shí)安全度可降低1.8倍,那么第二根桿壞時(shí)試驗(yàn)荷載應(yīng)降低1.8倍才對(duì),而現(xiàn)在試驗(yàn)并不是這樣做的,而是繼續(xù)在試驗(yàn)荷載不變下,當(dāng)然第二根桿就連續(xù)斷裂而連鎖破壞,這不符合真實(shí)情況,上述觀點(diǎn)也可由國(guó)外用正確方法做試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)證實(shí),如英國(guó)cheddet國(guó)家塔試驗(yàn)站20.4×18M網(wǎng)架足尺試驗(yàn),加荷載到206%下弦桿屈服及斷裂,但立即卸荷后再加荷到137%才有其它桿件破壞。實(shí)踐也證明幾千個(gè)“優(yōu)化滿應(yīng)力”設(shè)計(jì)的工程并沒(méi)有因這個(gè)原因而倒塌。
      當(dāng)然也有觀點(diǎn)認(rèn)為二根桿斷面相差大可能會(huì)造成與節(jié)點(diǎn)假定鉸接出入增大,其實(shí)這個(gè)假定不符合實(shí)際是客觀存在,即使二根桿斷面一樣也存在,這是次應(yīng)力問(wèn)題,主要取決于桿件長(zhǎng)度L與桿件截面高h(yuǎn)之比,橋涵規(guī)范早規(guī)定即L/h不考慮次應(yīng)力,鋼結(jié)構(gòu)一般也按此原則。
      五、門(mén)式剛架規(guī)程CESS.102:2002經(jīng)過(guò)修改采用了歐洲規(guī)范ENV1993-1-31996計(jì)算風(fēng)向上吸力下檁條下翼緣失穩(wěn),該公式是考慮蒙皮效應(yīng)對(duì)檁條受扭的約束,蒙皮效應(yīng)是客觀存在的,據(jù)國(guó)外資料介紹蒙皮作用可提高網(wǎng)架上弦承載力10%,下弦腹桿6%,對(duì)門(mén)式剛架會(huì)有更大的提高,但門(mén)式剛架規(guī)程提出“由于有關(guān)屋面板抗剪性能和板與構(gòu)件螺拴連接性能資料尚不充分,目前不宜考慮應(yīng)力蒙皮作用”,但在檁條的失穩(wěn)中,例外的考慮蒙皮效應(yīng),所以有工程誤用于屋蓋上以屋面板代替支撐因而加固。
      綜上所述考慮蒙皮是有利的,但門(mén)式剛架規(guī)程考慮蒙皮效應(yīng)的計(jì)算檁條結(jié)果反而比沒(méi)有考慮蒙皮效應(yīng)的冷彎薄壁型型鋼設(shè)計(jì)規(guī)程GB50018-2002反而保守顯然不合理。

      門(mén)式剛架K高于冷彎薄壁是不合理的,而且計(jì)算公式的復(fù)雜性也超過(guò)冷彎薄壁,因此建議不用,我們建議采用澳大利亞規(guī)范AS/N25 4600:1996考慮了蒙皮效應(yīng)結(jié)果也非常合理,計(jì)算公式計(jì)算不繁雜,但可惜澳洲規(guī)范不普遍,目前現(xiàn)實(shí)的可采用BHP來(lái)實(shí)公司檁條設(shè)計(jì)手冊(cè),手冊(cè)承載力以W01 表達(dá)其中0即表示風(fēng)向上吸力時(shí),1表示加一根撐桿,二根撐桿即W02 ,根據(jù)跨度及斷面即可查出檁條單位長(zhǎng)度的承載力
      q,來(lái)實(shí)手冊(cè)考慮了蒙皮效應(yīng),并立足于大批試驗(yàn),與澳大利亞規(guī)范計(jì)算結(jié)果計(jì)算接近,但采用中要注意設(shè)計(jì)手冊(cè)中設(shè)計(jì)荷載要打0.9折采用才安全,這是由于澳大利亞規(guī)范與我國(guó)規(guī)范有出入,我國(guó)鋼材設(shè)計(jì)強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度低,抗力系數(shù)打了0.9折,而澳大利亞是設(shè)計(jì)強(qiáng)度即是標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度,所以算出的設(shè)計(jì)荷載偏高,但澳大利亞的荷載分項(xiàng)系數(shù)卻比我們的高,靜載為1.4,活載1.6我國(guó)只為1.2,1.4。
      六、網(wǎng)殼規(guī)程中規(guī)定網(wǎng)殼撓度控制在 并且是黑體字,我國(guó)規(guī)范大部分是強(qiáng)制性條文多達(dá)15萬(wàn)條。只好又取“黑體字”一般條文違反只要不造成后果就不懲罰,而黑體字只要違反即給懲罰,因此設(shè)計(jì)必須遵守,有工程較扁平的雙層網(wǎng)殼撓度總也控制不住 ,只好請(qǐng)專家開(kāi)會(huì)制定網(wǎng)殼按網(wǎng)架控制,單層網(wǎng)殼按 是正確的,因?yàn)閱螌泳W(wǎng)殼穩(wěn)定中假定初始缺陷為 ,變形對(duì)穩(wěn)定非常敏感,變形大穩(wěn)定公式即控制不住,雙層網(wǎng)殼變形并不敏感,希望適當(dāng)放寬。
      七、網(wǎng)殼規(guī)程規(guī)定單層網(wǎng)殼一定要?jiǎng)傂怨?jié)點(diǎn)并且也是黑體字,從國(guó)外情況單層螺栓球網(wǎng)殼用到36M的很多,但矢高均≈1/5 Dusseblofs大學(xué)36m單層網(wǎng)殼,個(gè)別也有50m的。國(guó)內(nèi)單層螺栓球網(wǎng)殼也用得不少接近30m,現(xiàn)有些標(biāo)志性建筑跨度不大20m左右,矢高比>1/5是否出可適當(dāng)放寬用螺栓球。
      八、過(guò)去焊縫等級(jí)規(guī)范未作規(guī)定,全由設(shè)計(jì)決定。有的設(shè)計(jì)一律要求Ⅰ級(jí)焊縫反而抓不住重點(diǎn),現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范作了規(guī)定,這是方便設(shè)計(jì)的好事,但規(guī)范規(guī)定受拉拼接對(duì)接焊可以采用Ⅱ級(jí)焊縫值得探討,過(guò)去我們對(duì)受拉對(duì)接焊均采用Ⅰ級(jí),因?yàn)槭芾缚p對(duì)缺陷的敏感超過(guò)受壓而對(duì)接焊均限制加厚、加厚會(huì)引起熱應(yīng)力,受拉對(duì)接焊一般靠清根、熔合,焊透及焊縫強(qiáng)度比母材大5-10%來(lái)保證等強(qiáng),有的為了美觀要求焊縫打平保證等強(qiáng)更為困難,因此設(shè)計(jì)對(duì)受拉對(duì)接焊縫不放心,有的還用外加強(qiáng)板加強(qiáng),而現(xiàn)規(guī)定為Ⅱ級(jí),設(shè)計(jì)會(huì)更不放心,因?yàn)棰窦?jí),焊縫100%超聲波探傷而Ⅱ級(jí)僅為20%怎能放心,據(jù)了解可能規(guī)范由Ⅰ級(jí)改為Ⅱ級(jí)也是不得已,因?yàn)楣さ胤从尝窦?jí)達(dá)不到。我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)也經(jīng)常遇到達(dá)不到Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn),國(guó)為Ⅰ級(jí)焊縫要求超聲波Ⅱ級(jí)其氣孔夾渣達(dá)不到要求,但我們不采取降低焊縫等級(jí)的辦法,而是將超聲波Ⅱ級(jí),氣孔夾渣標(biāo)準(zhǔn)降為Ⅲ級(jí)即解決了問(wèn)題,我們考慮超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)原采用于高壓容器,為了防止高壓氣孔要求十分嚴(yán)格,現(xiàn)焊縫超標(biāo)準(zhǔn)后鏟掉重焊,其危害性超過(guò)氣孔,氣孔危害對(duì)靜載并不大,如單獨(dú)氣孔反而對(duì)微裂紋的擴(kuò)展起阻擋作用有利而無(wú)害,因此我們不宜將Ⅰ級(jí)降為Ⅱ級(jí),目前“網(wǎng)架超聲波探傷及質(zhì)量分級(jí)法”,正在修訂,希望能將氣孔加以放寬,當(dāng)然超聲波判斷氣孔與夾渣尚有困難,但一般還可盡量區(qū)分,其實(shí)夾渣的危害也不是很嚴(yán)重,我們?cè)鴮A渣達(dá)12-29%試驗(yàn),均壞在母材,而相對(duì)未焊透20%可降低強(qiáng)度50%以上,所以我們建議受拉對(duì)接焊縫要求Ⅰ級(jí),但對(duì)氣孔夾渣適當(dāng)放寬。
      九、目前鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范要求焊接的承重結(jié)構(gòu)鋼材必須有冷彎試驗(yàn),并為黑體字,但鋼管生產(chǎn)廠所依循的國(guó)標(biāo)GB/T8162-1999“結(jié)構(gòu)用無(wú)縫鋼管”和GB/T13793-92“直縫焊接鋼管”,均不要求冷彎,僅為壓扁試驗(yàn),設(shè)計(jì)的國(guó)標(biāo)與鋼管生產(chǎn)的國(guó)標(biāo)二者要求矛盾,我們現(xiàn)在只好理解,鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范所提比較籠統(tǒng),鋼管有具體情況,焊接鋼管的鋼板已經(jīng)冷彎,無(wú)縫鋼管材料及加工質(zhì)量均比較好,壓扁可代替冷彎,但這個(gè)理解至今未得到規(guī)范組解釋。
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