残余应力对H型钢楔形梁相关屈曲的影响
杨娜龙丽华杨庆山
(北京交通大学土建学院100044)
(School of Civil Engineering and Architecture,Beijing Jiaotong University,100044)
[摘要]以有限元分析软件ANSYS为工作平台,基于非线性板壳有限元理论,采用壳单元对轻型门式刚架中H型钢楔形薄壁梁进行考虑双重非线性的全过程分析,从而对其相关屈曲性能进行深入的研究。通过变化构件腹板厚度、长度、翼缘宽度、楔率等几何参数,从荷载-位移曲线、承载力、变形的发展等方面入手,分析了残余应力对变截面H型钢梁的相关屈曲性能的影响,获得到了一些有价值的结论。[关键词]H型钢薄壁楔形梁相关屈曲残余应力楔率
ABSTRAC T:Based on the finite element method,the interactive buckling o f tapered H-section steel beams used in portalframe structures are analyzed by ANSYS,in which geometric and material non-linearity are considered and shell element is adopted.The geometric parameters,including web plate thickness,length,flange width,web tapering ratio o f beams etc.,are changed and analyzed systematically.According to the load-de flection curves,load-carrying capac-ity and the de formations obtained,the e ffect o f residual stress on the interactive buckling o f tapered H-section steel beams is discussed.Some valuable conclusions are drawn.
KEYW ORDS:Tapered H-section beam with thin wed Interactive buckling Residual stress Web tapering ratio
引言
由于制作和加工的原因,钢构件总是存在各种残余应力,其中焊接残余应力为最常见。轻型门式刚架中H型钢梁一般是由三块薄壁钢板沿板件纵向全长采用角焊缝焊接而成,而焊接是一个局部高温过程,由此产生的不均匀温度场导致了焊接残余应力的产生。焊接残余应力可分为纵向焊接残余应力和横向焊接残余应力[1~3]。一般横向焊接残余应力对构件稳定性影响不大,而纵向焊接残余应力有较大影响,有待详细研究分析。因此,本文将只研究纵向焊接残余应力(简称残余应力)对构件稳定性(屈曲)的影响。
残余应力的存在可能降低截面抗侧扭刚度和构件整体抗弯刚度,导致构件发生整体屈曲;残余应力的存在也可能使构件提早进入弹塑性阶段,降低截面侧向刚度,导致构件过早发生局部屈曲;也有可能两者兼有,影响构件的相关屈曲性能[3]。
轻型门式刚架跨度一般较大,为了节省钢材充分发挥翼缘的承载能力,H型钢梁的腹板往往设计得薄而开展,以此来利用相当可观的屈曲后强度。H型钢梁相关屈曲的研究是建立其利用腹板屈曲后强度方法的基础。目前,对于H型钢楔形构件(线形改变腹板高度)的局部和整体相关屈曲工作机理的研究不少,但还不成系统,尤其是残余应力对相关屈曲影响程度有多大还有待进一步深入[4~7]。本文尝试从研究残余应力对变截面H型钢梁(H型钢楔形梁)的相关屈曲性能的影响出发,来探讨变截面H型钢梁相关屈曲的特殊性,为建立变宽度腹板的屈曲后强度利用方法奠定基础。
本文将以ANSYS软件为工作平台[8],应用SHELL181壳单元离散变截面H型钢薄壁梁,对其进行双重非线性全过程的有限元分析(分析中考虑了初始几何缺陷的影响),研究变截面H型钢梁在纯弯状态下残余应力对相关屈曲的影响。
1计算模型
计算模型的选取如图1所示,
H型钢梁两端均设有端板,铰支约
束,梁翼缘沿纵向每隔4500mm设
1道侧向支撑以约束其平面外失
稳。结构坐标系的定义:构件纵向
为Y轴,腹板高度方向为X轴,腹
板平面外方向为Z轴,如图2所
示。
材料的本构关系假定为理想弹
塑性,材料屈服应力235N/mm2,弹性模量E=2106@105N/mm2,泊松比v=013。
第23卷第1期2006年3月特种结构Vol.23No.1
March2006
由于初始几何缺陷对构件相关屈曲性能有一定的影响,因此计算中所有构件均假定具有以下初始几何缺陷:构件整体初始几何缺陷为一个正弦半波,峰值为01001倍的构件长度;局部初始几何缺陷采用随机缺陷模式:腹板长与宽(平均宽度)的比值取整,作为局部初始几何缺陷的完整正弦波数,峰值为010001倍的构件长度。
2残余应力分布模式
实际制作加工过程中存在许多不确定因素,因此H型钢梁的残余应力的实际分布情况很复杂。为了便于理论分析和计算,H 型钢梁的残余
应力常简化为以下
分布形式(如图3)。
本文采用图3假定
的残余应力模式
(fy=R y=235N/
mm2,腹板上残余应
力的幅值利用全截面残余应力的总和为零的原则求得),通过改变残余应力峰值来研究残余应力对变截面H型钢梁相关屈曲的影响。
3变截面H型钢梁
为分析残余应力对变截面H型钢梁在纯弯状态下相关屈曲性能的影响,取5组构件,每组构件3根(3个构件残余应力峰值不同:一个是无残余应力;一个是残余应力峰值为013fy;另一个是残余应力峰值为015fy)共15根构件进行双重非线性全过程的有限元分析。构件的编号及几何参数见表1。
表1构件编号及几何参数
构件编号翼缘宽
度(mm)
翼缘厚
度(mm)
腹板高
度(mm)
腹板厚
度(mm)
长度
(mm)
楔率
C
T118012600-10003900001641 T218012600-10004900001641 T318012600-100041350001641 T420012600-10004900001641 T518012600-12004900001962
注:楔率C=(d1/d0)-1。其中d1,d0分别为变截面构件大头和小头的截面高度。
311荷载-位移曲线
所得的每一组3个构件达到极限承载力时X、Z向最大位移点的加载全过程的荷载-位移曲线见图4至图8。
从图4a可看出三者在弹性阶段的M-U X曲线完全重合,进入塑性之后T1-0(无残余应力的构件)的整体抗弯刚度要略大于T1-013(残余应力峰值为013fy)的,T1-015(
残余应力峰值为015fy)的最小,即残余应力峰值越大的,进入塑性之后整体抗弯刚度较弱,而且构件T1-0与T1-013达到极限承载力后曲线很陡,无平台阶段,承载力急剧下降,挠度方向延性较差,而构件T1-015的M-U X曲线则是平滑过渡
,缓慢下降;从图4b不难看出,3个构件侧向刚度较相近,构件T1-0的侧向刚度稍弱,而且3个构件在局部鼓曲方向,达到极限状态后都有一个平台阶段,以构件T1-015的平台最宽。因此,构件T1-015无论是挠度方向还是局部鼓曲方向,延性都是最好的。从极限承载力上来看,构件T1-0与T1-013的几乎相等,比构件T1-015的要高。
图5显示T2组的3个构件的荷载-位移曲线在进入塑性前几乎重合,只是构件T2-0(无残余应力)的承载力达到最高点之后,急剧下降,无平台阶段,说明构件两个方向的延性都差。就极限承载力而言,构件T1-0与T1-015的几乎相等,构件T1-013的最低。
SPST特种结构2006年第1期
图6a 显示无残余应力的构件T3-0达到极限承载力之后,曲线几乎垂直下降,无平台阶段,说明构件在挠度方向延性极差。从图6b 不难看出,三条M -U Z 曲线几乎吻合,三者极限承载力相差
甚小。
图7a 说明T4组挠度方向延性最好的是构件T4-015,最差的是构件T4-0。图7b 反映构件T4-015在局部鼓曲方向的延性最好,T4-013的最差。3个构件无论是整体抗弯刚度还是侧向刚度均相同,只是构件T4-015的承载力较两者要低。
图8显示的荷载-位移曲线的规律与图7的一致:构件T5-015挠度方向延性和局部鼓曲方向的延性都是三者中最好的,挠度方向延性最差的是构件T5-0,局部鼓曲方向延性最差的是构件T5-013。3个构件在刚度方向几乎没有差异,只是构件T5-015
的极限承载力较两者要低。
综合图4-图8的荷载-位移曲线,可有以下认识:
11在存在侧向支撑的情况下,纵向残余应力
对构件刚度(无论是抗弯刚度,还是侧向刚度)的影响很小,但是,残余应力明显地改善了构件的延性,而且残余应力峰值越大,其改善作用越明显。
21就T1与T2对比可见,只有腹板厚度不相同的时候,腹板越厚,相关屈曲受残余应力的影响越大,残余应力对构件延性的增强作用也越明显。
31就T2与T3对比可见,只有构件长度不相同的时候,构件越长,残余应力对整体弯曲的影响越大。构件挠度方向延性的改善作用越明显。构件越长,残余应力对局部弯曲的影响反而越小。
41就T2与T4对比可见,只有翼缘宽度不相
同的时候,翼缘越宽,相关屈曲受残余应力峰值的大小的影响越明显。
51就T2与T5对比可见,只有腹板大头高度不相同(楔率不同)的时候,楔率越大,相关屈曲受残余应力峰值大小的影响越显著。
61残余应力使构件提早进入弹塑性阶段。当残余应力峰值低于013fy 时,残余应力对极限承载力影响很小;当它达到015fy 时,残余应力明显降低了构件的极限承载力。其具体降低幅度见312小节。
312弹性承载力和极限承载力
表2是5组15根构件承载力的对比关系。不难看出,残余应力对变截面H 型钢梁的弹性承载力的削减幅度都在35%以内,对极限承载力的削减幅度在10%以内。残余应力峰值越大,其承载力(无论是弹性承载力,还是极限承载力)与无残余应力的承载力差值也越大,而且弹性承载力对应的差值要远大于极限承载力的,因此可以说承载力(尤其是弹性承载力)对残余应力是很敏感的。总的来说,残余应力峰值为013fy 时,残余应力对极限承载力的削减很小。
表2 构件承载力对比(单位:kN 1m )
构件编号承载力
无残余应力
残余应
力峰值013fy 与无残余应力的差值%
残余应力峰值015fy 与无残余应力的差值%T1弹性承载力32217727818913162361392618极限承载力348173348108012314124919T2弹性承载力35016429911214172361373216极限承载力372159351182516369100110T3弹性承载力34914729819414152561122617极限承载力366181366186010362131112T4弹性承载力37719132713613142561343212极限承载力407136405171014372133816T5
弹性承载力3441873271135112281803317极限承载力376163377139
-012
346162
810
313局部屈曲变形
从图9(构件极限状态时的局部鼓曲变形图)可得,构件在无残余应力的情况下,达到极限状态时,表现为多波屈曲模式,局部鼓曲(局部屈曲)波沿构件纵向分布较均匀,但是幅值最大的局部鼓曲波都在腹板小头;构件在残余应力峰值为013fy 的情况下,构件达到极限状态时,局部鼓曲波沿构件纵向分布不再均匀,构件两端的压应力区的局部鼓曲连成一片,形成一个大的形状不规则的鼓
No.12006杨娜等:残余应力对H 型钢楔形梁相关屈曲的影响
SPST
曲区域;构件在残余应力峰值为015fy的情况下,构件达到极限状态时,局部鼓曲波呈区域分布,形状不规则,形成部位主要在构件两端受压应力作用的腹板上,跨中区域腹板相对较平整。综合比较发现,残余应力对局部屈曲模式的影响较显著,为了探讨残余应力对局部屈曲变形幅值的影响,把构件极限状态时的最大位移U X和U Z提取列成表格得表3。
表3构件最大位移对比(单位:mm)
构件编号位
移
无残余
应力
残余应力
峰值013fy
与无残余应
力的比值
残余应力
峰值015fy
与无残余
应力的比值
T1U X23102231471102221460198 U Z412831900191111662172
T2U X23141231080199251501109 U Z315810100217951761161
T3U X51186531071102541371105 U Z41335146112671701178
T4U X23138231681101251351108 U Z211931101142201549138
T5
U X18185191041101201091107
U Z210931231155181228172表3显示,残余应力对变截面H型钢梁的X
方向位移(挠度)的影响幅度很小,都在111倍以内;对Z方向位移(侧向位移,局部鼓曲变形)的影响幅度稍大,在1126倍至10倍之间。而且,残余应力峰值越大,对位移的影响也稍大。因此,可以说残余应力促使了局部屈曲的发展,从而影响构件相关屈曲性能。
4总结
以ANSYS为工作平台,对纯弯荷载作用下的5组共15根构件进行了考虑双重非线性的全过程有限元分析,从荷载-位移曲线、承载力和局部屈曲变形等方面入手,探讨了纵向残余应力对变截面H型钢梁(H型钢楔形梁)相关屈曲性能的影响,得出以下几点结论:
11刚度:在存在侧向支撑的情况下,纵向残余应力对刚度(包括抗弯刚度和侧向刚度)基本没有影响。
21承载力:残余应力峰值越大,弹性承载力和极限承载力越低。承载力(尤其是弹性承载力)对残余应力很敏感。残余应力峰值为013fy时,残余应力对极限承载力的削减很小。
31局部屈曲变形:残余应力对构件极限状态时的局部屈曲模式的影响较显著,对局部屈曲变形幅值有一定的影响。残余应力的存在促使了局部屈曲的发展,从而影响构件相关屈曲性能。
41延性:残余应力改善了构件的延性,而且残余应力峰值越大,其改善作用越明显。
51参数的影响:腹板越厚,相关屈曲对残余应力越敏感;构件越长,残余应力对整体弯曲的影响越大,对局部弯曲的影响反而越小;翼缘越宽,相关屈曲受残余应力峰值的大小的影响越大;楔率越大,相关屈曲受残余应力峰值大小的影响越明显。
综上所述,残余应力的存在与否对构件相关屈曲性能影响很大,因此,在H型钢楔形梁的相关屈曲分析中必须考虑纵向残余应力的影响。残余应力峰值越大,构件延性越好,但是同时极限承载力越低。因此,残余应力峰值不能取过大,建议残余应力峰值取为013fy。
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SPST特种结构2006年第1期
逆施混凝土梁钢筋与正施型钢柱组合连接技术 【摘 要】 xxxxx 广场工程逆施结构与正施型钢混凝土组合结构中采用了“逆施混凝土梁钢筋与正施型钢柱组合连接技术”,解决了窄间隙下逆施混凝土梁筋与正施型钢柱连接钢筋不同心、钢筋无伸缩的连接难题,为正逆施粗直径钢筋连接、特别是正施结构采用型钢混凝土组合结构钢筋连接技术作出了成功的探索。 【关键词】 可焊接套筒 熔槽帮条焊 型钢混凝土组合结构 钢筋连接 正逆施 前言:随着施工技术的发展,高层建筑越来越多,鉴于逆作法施工在工程周期方面的优势、型钢混凝土组合结构在抗震、防火及造价方面的优势,逆作法施工工艺及型钢混凝土组合结构在高层、超高层建筑中应用越来越多。而高层、超高层结构中混凝土梁配筋量大、钢筋排数多、钢筋间距较小,加之结构体系抗震等级高,钢结构体系不允许开洞,且正逆施连接部位空间较小,如何实现逆施混凝土梁钢筋与正施型钢柱的合理连接,成为此类工程施工的难点。 1 工程概况 xxxx 广场工程包含1栋办公楼,3栋公寓楼及商业裙楼,设有4层地下室。1栋办公楼及3栋公寓楼为超高层建 筑,办公楼共53层,总高度258m ;A 、 B 、 C 三栋公寓分别为57层、53层、 49层,总高度分别为191m 、179m 、 168m 。工程抗震设防烈度为7度,主 体结构抗震等级为特一级或一级。 本工程地下结构采用敞开式逆作法施工工艺,逆施结构与正施结构 型钢柱间距最小为600mm 如图1所 示。由于抗震等级高,与型钢柱连接 的逆施混凝土梁钢筋直径大(最大达ф32)、排数多(大部分为3排),为保证结构的整体性,设计禁止在型钢柱上开洞,要求梁钢筋与型钢柱连接采用机械连接方式直接连接。 图1 逆施混凝土与正施型钢柱对接平面图
表1 普通碳钢及优质碳钢构件基本许用应力/MPa 材 料类型材料 标号 截面尺寸 /mm 热处 理 材料性能拉压弯曲扭转剪切 抗拉强度σb 屈服强度σs /MPa ⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢ σlσlσlστnτnτnτττ 普通碳钢Q215 100 热 扎 σb335~410 σs185~215 145 125 90 175 95 90 60 100 90 60 Q235 σb375~460 σs205~235 160 140 100 190 160 120 105 σσ110 100 70 Q275 σb490~610 σs235~275 175 150 110 210 170 130 115 140 105 120 110 80 优质碳钢20 ≤100 正 火 σb410 σs245 175 145 105 210 165 125 115 105 70 120 105 75 25 σb450 σs275 195 160 115 230 175 135 125 115 75 135 120 80 35 σb530 σs315 210 180 125 250 200 150 135 120 80 145 120 85 调质σb550~750 σs320~370 210 185 130 250 205 155 135 125 85 145 120 85 45 正火σb600 σs355 230 200 145 270 220 170 150 135 90 160 140 95 调质σb630~800 σs370~430 250 215 150 300 235 180 160 150 100 175 150 100 50 ≤25 正火σb630 σs375 250 215 150 300 235 180 160 150 100 175 150 100 ≤100 调质σb>700 σs>400 265 235 165 310 260 195 170 155 105 180 160 110
型钢混凝土梁-钢筋混凝土柱组合节点施工工法 广西建工集团第筑工程有限责任公司 唐光暹毅成翠艳智超黄扬 1.前言 型钢混凝土结构是一种配型钢的组合结构,它综合了钢筋混凝土结构及钢结构的特点,能充分发挥钢结构和钢筋混凝土结构各自材料的优点,具有承载力高,延性好,抗震性能优越等优点,成为结构工程领域重要的研究方向并在工程建设中广泛应用。 型钢混凝土梁-钢筋混凝土柱组合节点是一种新型组合节点形式,国外均未见相关文献报道。该类节点复杂,型钢的吊装定位、节点核心区钢筋绑扎、混凝土的浇筑工艺均不同于普通的钢筋混凝土节点,也与常规型钢混凝土梁柱节点有所区别。我们知道,节点是有效连接梁、柱构件并使二者共同工作的重要部分,其施工质量直接影响到整个结构的安全性,该节点的施工工艺将是施工控制的重点。 我公司在施工省市泰合·青年城项目过程中,通过优化创新、方案改革,总结了型钢混凝土梁-钢筋混凝土柱组合节点施工方法。采用本工法,该工程节点施工质量满足设计要求,缩短工期,节约成本。表明本工法可推广性强,在跨度大的转换层结构及类似工程领域具有广泛的应用前景。 2.工法特点 2.1 应用CAD三维建模技术,优化型钢梁开孔位置及节点区钢筋精确定位排布,提高型钢梁加工制作的准确性。 2.2型钢梁构件实行工厂化制作,避免了现场纠偏、补开孔的工作量,保证构件尺寸、精度及开孔位置的准确,保证了柱纵向受力钢筋能准确、顺利的穿过型钢梁。 2.3 对节点区自密实混凝土进行试配,并根据试验最终确定自密实混凝土工作性控制参数围,保证了节点区混凝土的质量。 2.4充分利用梁型钢的结构刚度进行梁支撑系统的设计计算,梁侧模板需设对拉螺栓时,可在型钢梁腹板上设耳板,将其固定于耳板上,耳板应在钢结构深化设计时考虑并在工厂加工时完成。 2.5本工法具有施工简单、快捷、易于掌握,施工综合费用低等特点,保证了质量和施工进度,有较高的应用推广价值。 3.适用围 型钢混凝土梁-钢筋混凝土柱组合节点是型钢混凝土结构中的一种新型节点形式。本工法适用于型钢混凝土梁柱节点的施工,也适用于型钢混凝土梁与钢筋混凝土梁、柱相交的结构体系。 4.工艺原理 型钢混凝土梁-钢筋混凝土柱组合节点具有梁型钢吨位大、节点区钢筋和型钢布置较密等特点,实际施工中将面临型钢构件的制作安装、节点区构造复杂及混凝土浇捣困难等问题。 4.1通过对型钢混凝土梁构件中的型钢构件进行深化设计,确定节点区型钢梁翼缘板开孔及补强的节点大样后进行预制加工,对型钢混凝土梁结构的每一个连接点绘制钢筋穿过型钢翼缘或腹板穿孔及补强的节点大样,预先计划节点纵向钢筋弯折、锚固及穿孔补强情况。 4.2通过对型钢梁腹板翼缘开孔补强及节点箍筋做法等工艺的研究,解决了型钢混凝土结构节点施工难题,使型钢梁翼缘板开孔补强、型钢梁与混凝土柱的连接、梁柱节点箍筋做法等达到设计要求,
钢管许用应力 钢管壁厚表示方法有管子表号、钢管壁厚尺寸和管子重量三种方法 Sch10s、Sch40s、Sch80s四个等级; 2)以钢管壁厚尺寸表示? 中国、ISO、日本部分钢管标准采用 3)是以管子重量表示管壁厚度,它将管子壁厚分为三种: A.标准重量管,以STD表示 B.加厚管,以XS表示 C.特厚管,以XXS表示。 对于DN≤250mn的管子,Sch40相当于STD,DN<200mm的管子,Sch80相当于XS。补充: 1、以管子表号(Sch.)表示壁厚系列 这是1938年美国国家怔准协会ANSIB36.10(焊接和无缝钢管)标准所规定的。 管子表号(Sch.)是设计压力与设计温度下材料的许用应力的比值乘以1000,并经圆 整后的数值。即 ????? Sch .=P/[ó]t×1000??? (1-2-1) 式中? P—设计压力,MPa;?? ????????? [ó]t—设计温度下材料的许用应力,MPa。 无缝钢管与焊接钢管的管子表号可查资料确定。 ANSI B36.10和JIS标准中的管子表号为;Sch10、20、30、40、60、80、100、120、140、160。 ANSI B36.19中的不锈钢管管子表号为:5S、10S、40S、80S。 ??? 管表号(Sch.)并不是壁厚,是壁厚系列。实际的壁厚,同一管径,在不同的管子表
号中其厚度各异。不同管子表号的管壁厚度,在美国和日本是应用计算承受内压薄壁管厚度 的Barlow公式计算并考虑了腐蚀裕量和螺纹深度及壁厚负偏差-12.5%之后确定的,如公式 (1-2-2)和(1-2-3)所示。??? tB=D0P/2[ó]t??????? (1-2-2)??????????????? t=[D0/2(1-0.125)×P/[ó]t]+2.54??? (1-2-3) 式中? tB 、t——分别表示理论和计算壁厚,mm D0————管外径,mm P——设计压力,MPa [ó]t——在设计温度下材料的许用压力,MPa 计算壁厚径圆整后才是实际的壁厚。 如果已知钢管的管子表号,可根据式(1-2-1)计算出该钢管所能适应的设计压力,即 ????? P=Sch..× [ó]t/1000??????????????? (1-2-4) 例如,Sch40,碳素钢20无缝钢管,当设计温度为350oC时给钢管所能适应 设计压力为: P=40×92/1000①=3.68 MPa 中国石化总公司标准SHJ405规定了无缝钢管的壁厚系列并Sch.5S②,? Sch.10, Sch.10s,Sch.20,Sch.20s,Sch.30,Sch.40,Sch。40s,Sch.60,Sch.80,Sch.100, Sch.120,Sch.140,Sch。160,如表1-2-9所示。 2、以管子重量表示管壁厚度的壁厚系列 美国MSS和ANSI规定的以管子重量表示壁厚方法,将管子壁厚分为;种: ??? (1)标准重量管以STD表示;
混凝土梁钢筋与型钢柱组合连接技术交底 施工企业:电力公司№:(津建安表22) 工程名称邵公庄110kV变电站工种班组 施工部位混凝土梁钢筋与型钢柱交底时间2019年月日 【摘要】xxxxx广场工程逆施结构与正施型钢混凝土组合结构中采用了“逆施混凝土梁钢筋与正施型钢柱组合连接技术”,解决了窄间隙下逆施混凝土梁筋与正施型钢柱连接钢筋不同心、钢筋无伸缩的连接难题,为正逆施粗直径钢筋连接、特别是正施结构采用型钢混凝土组合结构钢筋连接技术作出了成功的探索。 【关键词】可焊接套筒熔槽帮条焊型钢混凝土组合结构钢筋连接正逆施 前言:随着施工技术的发展,高层建筑越来越多,鉴于逆作法施工在工程周期方面的优势、型钢混凝土组合结构在抗震、防火及造价方面的优势,逆作法施工工艺及型钢混凝土组合结构在高层、超高层建筑中应用越来越多。而高层、超高层结构中混凝土梁配筋量大、钢筋排数多、钢筋间距较小,加之结构体系抗震等级高,钢结构体系不允许开洞,且正逆施连接部位空间较小,如何实现逆施混凝土梁钢筋与正施型钢柱的合理连接,成为此类工程施工的难点。 1 工程概况 xxxx广场工程包含1栋办公楼,3栋公寓楼及商业裙楼,设有4层地下室。1栋办公楼及3栋公寓楼为超高层建筑,办公楼共53层,总高度258m;A、B、C三栋公寓分别为57层、53层、49层,总高度分别为191m、179m 、168m。工程抗震设防烈度为7度,主体结构抗震等级为特一级或一级。 本工程地下结构采用敞开式逆作法施工工艺,逆施结构与正施结构型钢柱间距最小为600mm如图1所示。由于抗震等级高,与型钢柱连接的逆施混凝土梁钢筋直径大(最大达ф32)、排数多(大部分为3排),为保证结构的整体性,设计禁止在型钢柱上开洞,要求梁钢筋与型钢柱连接采用机械连接方式直接连接。
表1 普通碳钢及优质碳钢构件基本许用应力 /MPa 材 料类型材料 标号 截面尺寸 /mm 热处 理 材料性能拉压弯曲扭转剪切 抗拉强度σ b 屈服强度σs /MPa ⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢ σlσlσlσσστnτnτnτττ 普通碳钢Q215 100 热 扎 σb335~410 σs185~215 145 125 90 175 140 105 95 90 60 100 90 60 Q235 σb375~460 σs205~235 160 140 100 190 160 120 105 95 65 110 100 70 Q275 σb490~610 σs235~275 175 150 110 210 170 130 115 105 70 120 110 80 优质碳钢20 ≤100 正 火 σb410 σs245 175 145 105 210 165 125 115 105 70 120 105 75 25 σb450 σs275 195 160 115 230 175 135 125 115 75 135 120 80 35 σb530 σs315 210 180 125 250 200 150 135 120 80 145 120 85 调质σb550~750 σs320~370 210 185 130 250 205 155 135 125 85 145 120 85 45 正火σb600 σs355 230 200 145 270 220 170 150 135 90 160 140 95 调质σb630~800 σs370~430 250 215 150 300 235 180 160 150 100 175 150 100 50 ≤25 正火σb630 σs375 250 215 150 300 235 180 160 150 100 175 150 100 ≤100 调质σb>700 σs>400 265 235 165 310 260 195 170 155 105 180 160 110
型钢柱与钢筋砼梁接驳器连接施工工法 工法编号:ZJ1GF-425-2011 编制单位:中建一局华江建设有限公司 主要执笔人:刘奕含黄孜宏黄俊富李根生刘成军 1 前言 劲性混凝土结构因其充分发挥了型钢与混凝土两种材料的特点,不仅具有刚度大,延性好,节省钢材的优点,且耐火性、耐久性、耐腐蚀性均优于纯钢结构。在劲性混凝土结构的施工中,钢筋与型钢柱的连接方式是结构施工质量、工期控制的重点。接驳器的使用,不仅实现了钢筋与型钢柱的有效连接,而且缩短了工期,降低了工程造价。南京(徐矿)明星国际商务中心工程在主体结构施工中钢筋与型钢柱的连接采用了接驳器连接,通过对此项施工工艺的实践和总结,形成了本工法。 2 工法特点 2.0.1 采用接驳器将钢筋砼梁纵向钢筋与型钢柱连接,方便快捷; 2.0.2用接驳器连接取代原始的钢牛腿连接的方法,在保证结构强度的情况下,不仅节省了建筑钢材使用量,而且使施工方便、快捷、安全,大大提高了工作效率,节约了施工成本。 3 适用范围 本工法适用于工业与民用建筑的劲性混凝土结构工程等。 4 工艺原理 接驳器是以钢筋直螺纹连接方式为灵感,用高塑性无缝钢管制作的内带丝扣的连接套筒。套筒一端为坡口底座,与型钢柱焊接固定(型钢柱内侧在同一标高处增设加劲板加强),套筒另一端为直螺纹套筒形式与钢筋连接。接驳器固定后,将套丝的钢筋用力矩扳手拧入接驳器,实现钢筋与型钢柱的快捷连接。 接驳器分为不可调型接驳器(图4.0-1)和可调型接驳器(图4.0-2)两种。不可调型接驳器一端为直螺纹套筒形式,另一端为带坡口的底座,一般在钢筋两端为平直段,可转动拧入接驳器套筒内部时使用。可调型接驳器,在不可调型接驳器的基础上增加一个丝杆、两个扭紧螺母和一个加长型的正反丝套筒,适用于钢筋不可转动的情况,如悬挑梁在悬挑端钢筋弯锚,另一端与劲性柱连接处需使用可调型接驳器进行连接,在钢筋连接完毕后,紧固螺母完成安装。
型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁连接节点施工 1工程概况 某工程由商业、办公及公寓共同组成,位于某市商业核心区。工程地下2层,地上共35层,总建筑面积16.69万m2总高度为163.9m。结构体系为框架-剪力墙结构。1?6层为商业,7层以上分南北两栋独立塔楼,北塔楼为公寓式办公,35 层,22 层以下采用型钢混凝土柱;南塔楼为酒店式公寓,32 层,8 层以下采用型钢混凝土柱。笔者通过工程型钢柱与钢筋混凝土梁施工,对型钢柱与混凝土梁连接节点施工进行一些总结与探讨。 2型钢柱与钢筋混凝土梁连接节点方式与特点 型钢柱与钢筋混凝土梁节点连接可设置钢牛腿、连接板、型钢柱腹板穿孔、钢筋连接器或梁主筋锚入柱五种方式。下面笔者分别对这五种节点连接方式进行分析。 2.1型钢柱在柱翼缘板上设置工字型钢牛腿,钢筋混凝土梁主筋与钢牛腿采用焊接或搭接方式连接。采用这种节点连接方式,梁主筋与型钢柱连接施工便利,但在钢牛腿末端,截面承载力和刚度存在突变,容易发生混凝土挤压破坏。同时,采用设置工字钢钢牛腿,也不是最经济的连接方式。 2.2型钢柱在梁主筋标高位置采用连接板,梁主筋与连接板上皮或下皮焊接。采用这种节点连接方式,现场焊接作业量较大,且梁主筋与连接板下皮焊接是仰焊,现场作业困难。如需与连接板下皮焊
接,采用在钢结构加工场制作时焊接,即可保证焊接质量,同时也减 少现场焊接工作量。 2.3如采用型钢腹板穿孔方式,梁主筋可直接通过型钢柱,方便现场施工。但采用这种方式,腹板打孔定位精度要求高,同时也需校核腹板打孔标高累计误差;同时型钢腹板截面损失率应小于腹板面积的25%。 2.4采用钢筋连接器连接,连接器与型钢柱翼缘板焊接,钢筋与连接器丝接。梁跨内主筋可采用机械连接或焊接,现场施工方便。采用这种连接节点,钢筋连接器在钢结构加工厂焊接,减少现场焊接作业量,但连接器焊接定位精度要求高。 2.5采用梁主筋在型钢柱腹板区域直接锚入柱的连接节点,现场施工方便。但柱头部位钢筋较密,且存在多根框架梁相交于同一柱头的现象,导致多层钢筋互相重叠,钢筋与型钢柱连接及钢筋标高的控制难度很大,且易造成混凝土浇筑困难和钢筋与混凝土握裹效果差。 3本项目型钢柱与钢筋混凝土梁节点施工技术项目监理及施工单位在接到结构设计文件后,认真熟悉设计文件,并与结构设计人员协商,最终确定本项目钢筋混凝土梁与型钢柱节点连接采用型钢柱翼缘区域焊接钢筋连接器与型钢柱腹板区域梁主筋直接锚固的组合方式。 针对本项目型钢柱为十字截面型钢柱,且在梁标高区域内设置了 两道或三道水平加劲肋及型钢柱箍筋需穿越柱腹板的做法, 在型钢柱深化设计时对上述部位进行了优化 针对型钢柱是居中或偏心设置及梁主筋设计要求,在钢结构深化
型钢柱与钢筋砼梁接驳器连接施工工法 1 前言 劲性混凝土结构因其充分发挥了型钢与混凝土两种材料的特点,不仅具有刚度大,延性好,节省钢材的优点,且耐火性、耐久性、耐腐蚀性均优于纯钢结构。在劲性混凝土结构的施工中,钢筋与型钢柱的连接方式是结构施工质量、工期控制的重点。接驳器的使用,不仅实现了钢筋与型钢柱的有效连接,而且缩短了工期,降低了工程造价。南京(徐矿)明星国际商务中心工程在主体结构施工中钢筋与型钢柱的连接采用了接驳器连接,通过对此项施工工艺的实践和总结,形成了本工法。 2 工法特点 2.0.1 采用接驳器将钢筋砼梁纵向钢筋与型钢柱连接,方便快捷; 2.0.2用接驳器连接取代原始的钢牛腿连接的方法,在保证结构强度的情况下,不仅节省了建筑钢材使用量,而且使施工方便、快捷、安全,大大提高了工作效率,节约了施工成本。 3 适用范围 本工法适用于工业与民用建筑的劲性混凝土结构工程等。 4 工艺原理 接驳器是以钢筋直螺纹连接方式为灵感,用高塑性无缝钢管制作的内带丝扣的连接套筒。套筒一端为坡口底座,与型钢柱焊接固定(型钢柱内侧在同一标高处增设加劲板加强),套筒另一端为直螺纹套筒形式与钢筋连接。接驳器固定后,将套丝的钢筋用力矩扳手拧入接驳器,实现钢筋与型钢柱的快捷连接。 接驳器分为不可调型接驳器(图4.0-1)和可调型接驳器(图4.0-2)两种。不可调型接驳器一端为直螺纹套筒形式,另一端为带坡口的底座,一般在钢筋两端为平直段,可转动拧入接驳器套筒内部时使用。可调型接驳器,在不可调型接驳器的基础上增加一个丝杆、两个扭紧螺母和一个加长型的正反丝套筒,适用于钢筋不可转动的情况,如悬挑梁在悬挑端钢筋弯锚,另一端与劲性柱连接处需使用可调型接驳器进行连接,在钢筋连接完毕后,紧固螺母完成安装。
型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁连接节点施工 摘要:某工程南塔8层以下、北塔22层以下采用型钢组合结构。型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁连接节点方式比较复杂。现通过对型钢混凝土柱与钢筋混凝土梁连接节点的施工进行分析,找出其施工特点与疑难点,可作为相关工程类似情况提供参考。 关键词:型钢柱连接节点 1 工程概况 某工程由商业、办公及公寓共同组成,位于某市商业核心区。工程地下2层,地上共35层,总建筑面积16.69万m2,总高度为163.9m。结构体系为框架-剪力墙结构。1~6层为商业,7层以上分南北两栋独立塔楼,北塔楼为公寓式办公,35层,22层以下采用型钢混凝土柱;南塔楼为酒店式公寓,32层,8层以下采用型钢混凝土柱。笔者通过工程型钢柱与钢筋混凝土梁施工,对型钢柱与混凝土梁连接节点施工进行一些总结与探讨。 2 型钢柱与钢筋混凝土梁连接节点方式与特点 型钢柱与钢筋混凝土梁节点连接可设置钢牛腿、连接板、型钢柱腹板穿孔、钢筋连接器或梁主筋锚入柱五种方式。下面笔者分别对这五种节点连接方式进行分析。 2.1 型钢柱在柱翼缘板上设置工字型钢牛腿,钢筋混凝土梁主筋与钢牛腿采用焊接或搭接方式连接。采用这种节点连接方式,梁主筋与型钢柱连接施工便利,但在钢牛腿末端,截面承载力和刚度存在突变,容易发生混凝土挤压破坏。同时,采用设置工字钢钢牛腿,也不是最经济的连接方式。 2.2 型钢柱在梁主筋标高位置采用连接板,梁主筋与连接板上皮或下皮焊接。采用这种节点连接方式,现场焊接作业量较大,且梁主筋与连接板下皮焊接是仰焊,现场作业困难。如需与连接板下皮焊接,采用在钢结构加工场制作时焊接,即可保证焊接质量,同时也减少现场焊接工作量。 2.3 如采用型钢腹板穿孔方式,梁主筋可直接通过型钢柱,方便现场施工。但采用这种方式,腹板打孔定位精度要求高,同时也需校核腹板打孔标高累计误差;同时型钢腹板截面损失率应小于腹板面积的25%。 2.4 采用钢筋连接器连接,连接器与型钢柱翼缘板焊接,钢筋与连接器丝接。梁跨内主筋可采用机械连接或焊接,现场施工方便。采用这种连接节点,钢筋连接器在钢结构加工厂焊接,减少现场焊接作业量,但连接器焊接定位精度要求高。
钢管许用应力 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
钢管许用应力 钢管壁厚表示方法有管子表号、钢管壁厚尺寸和管子重量三种方法 Sch10s、Sch40s、Sch80s四个等级; 2)以钢管壁厚尺寸表示中国、ISO、日本部分钢管标准采用 3)是以管子重量表示管壁厚度,它将管子壁厚分为三种: A.标准重量管,以STD表示 B.加厚管,以XS表示 C.特厚管,以XXS表示。 对于DN≤250mn的管子,Sch40相当于STD,DN<200mm的管子,Sch80相当于XS。 补充: 1、以管子表号(Sch.)表示壁厚系列 这是1938年美国国家怔准协会(焊接和无缝钢管)标准所规定的。 管子表号(Sch.)是设计压力与设计温度下材料的许用应力的比值乘以1000,并经圆 整后的数值。即 Sch .=P/[ó]t×1000 (1-2-1) 式中 P—设计压力,MPa; [ó]t—设计温度下材料的许用应力,MPa。 无缝钢管与焊接钢管的管子表号可查资料确定。 ANSI 和JIS标准中的管子表号为;Sch10、20、30、40、60、80、100、120、140、160。 ANSI 中的不锈钢管管子表号为:5S、10S、40S、80S。
管表号(Sch.)并不是壁厚,是壁厚系列。实际的壁厚,同一管径,在不同的管子表 号中其厚度各异。不同管子表号的管壁厚度,在美国和日本是应用计算承受内压薄壁管厚度 的Barlow公式计算并考虑了腐蚀裕量和螺纹深度及壁厚负偏差-12.5%之后确定的,如公式 (1-2-2)和(1-2-3)所示。 tB=D0P/2[ó]t (1-2-2) t=[D0/2()×P/[ó]t]+ (1-2-3) 式中 tB 、t——分别表示理论和计算壁厚,mm D0————管外径,mm P——设计压力,MPa [ó]t——在设计温度下材料的许用压力,MPa 计算壁厚径圆整后才是实际的壁厚。 如果已知钢管的管子表号,可根据式(1-2-1)计算出该钢管所能适应的设计压力,即 P=Sch..× [ó]t/1000 (1-2-4) 例如,Sch40,碳素钢20无缝钢管,当设计温度为350oC时给钢管所能适应 设计压力为: P=40×92/1000①= MPa 中国石化总公司标准SHJ405规定了无缝钢管的壁厚系列并Sch.5S②, Sch.10, Sch.10s,Sch.20,Sch.20s,Sch.30,Sch.40,Sch。40s,Sch.60,Sch.80,Sch.100,