【文章內(nèi)容簡介】 max ??10min ???140m a x ??第 7章 連接計(jì)算 焊縫連接 ? 有關(guān)焊縫質(zhì)量等級(jí)的選用 ， 是設(shè)計(jì)規(guī)范的新增條文 。 焊縫質(zhì)量等級(jí)是原 《 鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范 》 GBJ20583首先提到的 ， 不過它只提到一 、 二 、三級(jí)焊縫的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) ， 并未提到何種情況需要采用何級(jí)焊縫 ， 而原設(shè)計(jì)規(guī)范 GBJ1788也沒有明確規(guī)定 ， 導(dǎo)致一些設(shè)計(jì)人員對焊縫質(zhì)量等級(jí)提出不恰當(dāng)要求 ， 影響工程質(zhì)量或者給施工單位造成不必要的困難 。 焊縫質(zhì)量等級(jí)的規(guī)定 ， 大部份在設(shè)計(jì)規(guī)范有關(guān)條文或表格中已有反映 ， 但不全面不集中 ， 現(xiàn)集中為一條較為直觀明確 。 （ 1） 在需要計(jì)算疲勞結(jié)構(gòu)中的對接焊縫 （ 包括 T形對接與角接組合焊縫 ） ， 受拉的橫向焊縫應(yīng)為一級(jí) ， 縱向?qū)雍缚p應(yīng)為二級(jí) ， 新規(guī)范附表 E1， 項(xiàng)次 4已有反映 。 （ 2） 在不需要計(jì)算疲勞的構(gòu)件中 ， 凡要求與母材等強(qiáng)的對接焊縫 ， 受拉時(shí)不應(yīng)低于二級(jí) 。 因一級(jí)或二級(jí)對接焊縫的抗拉強(qiáng)度正好與母材的相等 ， 而三級(jí)焊縫只有母材強(qiáng)度的 85%。 （ 3） 重級(jí)工作制和 Q?50t的中級(jí)工作制吊車梁腹板與上翼緣之間以及吊車桁架上弦桿與節(jié)點(diǎn)板之間的 T形接頭應(yīng)予焊透 ，質(zhì)量等級(jí)不低于二級(jí) 。 本來上述焊縫處于構(gòu)件的彎曲受壓區(qū) ，主要承受剪應(yīng)力和輪壓產(chǎn)生的局部壓應(yīng)力 ， 沒有受到明確的拉應(yīng)力作用 ， 按理不會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞 ， 但由于承擔(dān)軌道偏心等帶來的不利影響 ， 國內(nèi)外均發(fā)現(xiàn)連接及附近經(jīng)常開裂 。 所以我國74規(guī) （ TJ1774） 規(guī)定此種焊縫 “ 應(yīng)予焊透 ” 即不允許采用角焊縫；而 88年規(guī)范 （ GBJ1788） 又補(bǔ)充規(guī)定 “ 不低于二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) ” 。 對新規(guī)范來說 ， 此內(nèi)容已放在 ， 故將 “ 構(gòu)造要求 ” 一章的這部份規(guī)定取消 。 （ 4） 對角焊縫以及不焊透的對接與角接組合焊縫 ， 由于內(nèi)部探傷困難 ， 不能要求其質(zhì)量等級(jí)為一級(jí)或二級(jí) 。 因此對需要驗(yàn)算疲勞結(jié)構(gòu)的此種焊縫只能規(guī)定其外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合二級(jí)， 此內(nèi)容在設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50017疲勞計(jì)算分類表 （ 表 E1） 項(xiàng)次 5中已有反映 。 （ 5） 關(guān)于本條提到的 “ 需要驗(yàn)算疲勞結(jié)構(gòu)中的橫向?qū)雍缚p受壓時(shí)應(yīng)為二級(jí) ” 、 “ 不需要計(jì)算疲勞結(jié)構(gòu)中與母材等強(qiáng)的受壓對接焊縫宜為二級(jí) ” 。 在設(shè)計(jì)規(guī)范的其它條文中沒有提到 ， 這是根據(jù)過去工程實(shí)踐和參考國外標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 ， 例如美國 《 鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范 》 AWS中 ， 對要求熔透的與母材等強(qiáng)的對接焊縫 ， 不論承受動(dòng)力荷載或靜力載 ， 亦不論受拉或受壓 ，均要求無損探傷 ， 而我國的三級(jí)焊縫是不進(jìn)行無損探傷的 。由于對接焊縫中存在很大殘余拉應(yīng)力 ， 外壓力往往不能完全抵消此拉應(yīng)力 ， 在某些情況 （ 例如吊車梁上翼緣中的對接焊縫 ） 常有偶然偏心力作用 （ 例如吊車軌道的偏移 ） ， 使名義上為受壓的焊縫受力復(fù)雜 ， 常難免有拉應(yīng)力存在 。 、 GBJ1788規(guī)范規(guī)定角焊縫和不加引弧板的對接焊縫 ， 每條焊縫的計(jì)算長度均采用實(shí)際長度減去 10mm。經(jīng)討論 ， 此種不分焊縫大小取為定值的辦法不合理 ， 現(xiàn)參考國外標(biāo)準(zhǔn)改為：對接焊縫減去 2t；角焊縫減去 2hf。 斜角角焊縫的計(jì)算 兩焊腳邊夾角 ?不等于 900的角焊縫稱為斜角角焊縫，這種焊縫一般用于 T形接頭中。 α α α α 與原規(guī)范一樣 ， 斜角角焊縫計(jì)算時(shí)不考慮應(yīng)力方向 ， 任何情況都取 ?f或 （ ?f?） =。 這是因?yàn)橐郧皩呛缚p的試驗(yàn)研究一般都是針對直角角焊縫進(jìn)行的 ， 對斜角角焊縫研究很少 。 而且 ， 我國采用的計(jì)算公式也是根據(jù)直角角焊縫簡化而得 ， 不能用于斜角角焊縫 。 αααα 新規(guī)范參考美國 《 鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范 》 （ AWS） 并與我國《 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程 》 進(jìn)行協(xié)調(diào) ， 作了下列修改： （ 1） 規(guī)定銳角角焊縫兩焊腳邊夾角 ??600， 而鈍角角焊縫??1350。 這表示焊腳邊夾角小于 600或大于 1350的焊縫不推薦用作受力焊縫 。 （ 2）原規(guī)范規(guī)定的銳角角焊縫計(jì)算厚度取 he=，比實(shí)際的喉部尺寸小，這是考慮到當(dāng) ?角較小時(shí)，焊縫根部不易焊滿以及在熔合線的強(qiáng)度較低這兩個(gè)因素。現(xiàn)規(guī)定 ??600已無此問題。因此，不論銳角和鈍角的計(jì)算厚度均統(tǒng)一取為喉部尺寸 he=hfcos?/2。但當(dāng)根部間隙（ b、 b1或 b2） ，則應(yīng)考慮間隙影響，取 。 2/c o ss i n )( 21 ?? ??????? ?? bbbhhfe、或 上式可根據(jù)前頁圖中的幾何關(guān)系推導(dǎo)得出 ， 圖中垂直于斜邊的虛線即計(jì)算厚度 。 （ 3） 新規(guī)范規(guī)定任何情況根部間隙 （ b、 b1或 b2） 不得大于 5mm， 主要是圖 a中的 b1可能大于 5mm。 如果是這樣 ， 可將板端切成圖 b的形狀并使 b?5mm。 對于斜 T形接頭的角焊縫 ， 在設(shè)計(jì)圖中應(yīng)繪制大樣 ， 詳細(xì)標(biāo)明兩側(cè)斜角角焊縫的焊腳尺寸 。 緊固件（螺栓、鉚釘?shù)龋┻B接 （ 1） 表 ?值作了一些修正 ， 原規(guī)范噴砂 （ 丸 ） 和噴砂后生赤銹時(shí) Q34 Q390和 Q420鋼的μ=， 實(shí)際上達(dá)不到此要求 ， 降為 。 （ 2） 高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力 P， 原規(guī)范取為 式中考慮螺栓材質(zhì)的不定性系數(shù) ；施工時(shí)的超張拉；擰緊螺帽時(shí)螺桿所受扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力影響系數(shù) 。 ye fAP ??由此得出的 P， 使抗剪承載力有時(shí) （ 當(dāng) μ ? ）比同直徑的粗制螺栓還低 ， 不合理 ， 且與薄鋼規(guī)范的規(guī)定不協(xié)調(diào) ， 現(xiàn)改為 由于高強(qiáng)度螺栓材料無明顯的屈服點(diǎn) ， 用抗拉強(qiáng)度 fu代替 fy再補(bǔ)充一個(gè)系數(shù) 。 （ 3） 將同時(shí)受剪和拉力的摩擦型高強(qiáng)度螺栓的計(jì)算改用相 關(guān)公式 表達(dá) ， 實(shí)質(zhì)與原規(guī)范未變 ， 由Nvb= P 和 Ntb= ， 代 入 后 即 得 原 規(guī) 范 計(jì) 算 式Nv= ()。 ue fAP ???1?? bttbvvNNNN 取消原規(guī)范 “ 承壓型高強(qiáng)度螺栓連接的抗剪承載力不得大于按磨擦型連接計(jì)算的 ” 的規(guī)定。理由為，原規(guī)范的此規(guī)定是鑒于當(dāng)時(shí)使用經(jīng)驗(yàn)不足，控制一下，使承壓型在正常情況下（即荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下）不滑移。但國外標(biāo)準(zhǔn)并沒有此規(guī)定，而承壓型不一定施加與摩擦型相同的預(yù)拉力，因此矛盾較多，況且現(xiàn)在已有使用經(jīng)驗(yàn)。 組合工字梁翼緣連接 ? 組合梁翼緣焊縫連接。規(guī)范規(guī)定的計(jì)算式（ ）與舊規(guī)范相同，式中根號(hào)內(nèi)第二項(xiàng)指垂直于焊縫長度方向的應(yīng)力。引入系數(shù) ?f,對直接承受動(dòng)力荷載的梁 ?f=。對承受靜力載或間接承受動(dòng)力載的梁 ?f =。其實(shí)對后者來說，受有固定集中力處規(guī)定應(yīng)設(shè)置支承加勁肋，此時(shí)取 F=0。對前者又取 ?f =。所以公式中的 ?f基本上無實(shí)際價(jià)值。 原規(guī)范規(guī)定的計(jì)算式 （ ） 在右側(cè)漏掉了在計(jì)算截面處緊固件數(shù)目 n1， 新規(guī)范已加上 。 另外 ， 規(guī)范條文提出計(jì)算 “ 翼緣與腹板連接鉚釘或摩擦型連接高強(qiáng)度螺栓 ” ，表示普通粗制螺栓和承壓型連接高強(qiáng)度螺栓不得用于此種連接 ， 至于 A、 B級(jí)螺栓 ， 由于制造費(fèi)工 、 裝配困難 ， 也不推薦采用 。 實(shí)際上 ， 公式 （ ） 還應(yīng)包括翼緣板與翼緣角鋼之間的承載力計(jì)算 ， 此時(shí)取 F=0， S1為翼緣板截面對梁中和軸的面積矩 。 梁與柱的剛性連接 在框架結(jié)構(gòu)中 ， 梁與柱的剛性連接是很重要的節(jié)點(diǎn) 。原規(guī)范沒有本節(jié)內(nèi)容 ， 現(xiàn)參考國外標(biāo)準(zhǔn)和我國實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) ， 增加了本節(jié) 。 ? 規(guī)定了不設(shè)置橫向加勁肋時(shí) ， 對柱腹板和柱翼緣厚度的要求 。 ① 在梁的受壓翼緣處 ， 柱腹板受有梁翼緣經(jīng)過柱翼緣傳給柱腹板的壓力 ， 柱腹板應(yīng)滿足強(qiáng)度要求和局部穩(wěn)定要求 。 柱腹板的強(qiáng)度應(yīng)與梁受壓翼緣等強(qiáng) ， 即 betwfc?Afcfb 式中 be—柱腹板計(jì)算寬度邊緣處壓應(yīng)力的假定分布長度 。參照梁的局部壓應(yīng)力計(jì)算式 ， 取 be=a+5hy， a為集中壓力在柱外邊緣分布長度 ， 等于梁翼緣板厚度； hy為自柱外邊緣至柱腹板計(jì)算寬度邊緣的距離； tw—柱腹板厚度； fc—柱腹板鋼材抗拉 、 抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； Afc—梁受壓翼緣的截面積； fb—梁翼緣鋼材抗拉 、 抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 。 按此公式計(jì)算腹板強(qiáng)度時(shí) ， 忽略了柱腹板所受豎向壓力的影響 。 這是因?yàn)樵诳蚣軆?nèi)豎向壓力主要由柱翼緣傳遞 ， 腹板內(nèi)所受豎向壓應(yīng)力一般較小 。 為保證柱腹板在梁受壓翼緣壓力作用下的局部穩(wěn)定 ， 應(yīng)控制柱腹板的寬厚比 ， 規(guī)范參考國外規(guī)定 ， 偏安全地規(guī)定柱腹板的寬厚比應(yīng)滿足下式規(guī)定： 式中 hc——柱腹板的計(jì)算寬度； fyc——柱腹板鋼材屈服點(diǎn) 。 ② 在梁的受拉翼緣處 ， 計(jì)算柱的翼緣和腹板仍用等強(qiáng)度準(zhǔn)則 ， 柱翼緣板所受拉力為： T=Aftfb 式中 Aft——梁受拉翼緣截面積； fb——梁鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 ycwcfth 23530?此拉力 T由柱翼緣板三個(gè)部份共同承擔(dān) ， 中間部份 （ 分布長度為 m） 直接傳給柱腹板的力為 fctbm（ tb為梁翼緣厚度 ） ，余下部份由兩側(cè)各 ABCD的板件承擔(dān) 。 根據(jù)試驗(yàn)研究 ， 拉力在柱翼緣板的影響長度 p≈ 12tc， 可將此受力部份視為三邊固定一邊自由的板件 ， 而在固定邊將因受彎形成塑性鉸 。 可用屈服線理論導(dǎo)出兩側(cè)翼緣板的承載力設(shè)計(jì)值分別為 P=c1fctc2 式中 c1為系數(shù) ， 與幾何尺寸 p、 h、 q等有關(guān) 。 對實(shí)際工程中常用的 H型鋼或?qū)捯砭壒ぷ咒摿汉椭?， c1=?， 可偏安全地取 c1= 。 這樣柱翼緣板受拉時(shí)的總承載力為2 +fctbm。 考慮到柱翼緣板中間和兩側(cè)部份剛度不同 ，難以充分發(fā)揮共同工作 ， 可乘以 T相平衡 ， 即 即 bftbccc fAmtftf ???? )( 2)(7 bftbccbftc fAmtfffAt ????在上式中 ， 括號(hào)內(nèi)第二項(xiàng) ， 按統(tǒng)計(jì)分析 ， 此項(xiàng)的最小值為 ， 以此代入 ， 即得 當(dāng)梁柱剛性連接處不滿足上述公式的要求時(shí) ， 應(yīng)設(shè)置柱腹板的橫向加勁肋 。 在 《 高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 》JGJ9998中規(guī)定： “ 框架梁與柱剛性連接時(shí) ， 應(yīng)在梁翼緣的對應(yīng)位置設(shè)置柱的水平加勁肋 （ 即橫向加勁肋 ） 或隔板 ” 。這是因?yàn)楦邔愉摻Y(jié)構(gòu)的梁 、 柱一般受力較大 ， 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為， 沒有不需要設(shè)置柱橫向加勁肋的情況 。 bbcbbbbcbftbcbfmfftbmtffAmtf ????cbftc ffAt ? 設(shè)置柱的橫向加勁肋時(shí) ， 柱腹板節(jié)點(diǎn)域的計(jì)算 ① 節(jié)點(diǎn)域的抗剪強(qiáng)度計(jì)算 在柱翼緣和橫向加勁肋為邊界的節(jié)點(diǎn)腹板區(qū)域所受的剪力 : 剪應(yīng)力應(yīng)滿足下式要求： 規(guī)范規(guī)定的計(jì)算式 （ ） 是在上式的基礎(chǔ)上加以調(diào)整和簡化而得 。 22121 ccbbb hMMV ????vwcccwcbbb fththhMM ???????22121?a． 節(jié)點(diǎn)域的周邊有柱翼緣和加勁肋提供的約束 ， 使抗剪承載力大大提高 。 試驗(yàn)證明 ， 可將節(jié)點(diǎn)域抗剪強(qiáng)度提高到 。 ， 剪力的影響較小 。 如果略去剪力項(xiàng)使算得的結(jié)果偏于安全 20%?30%， 但上式中沒有包括柱腹板所受軸壓力對抗剪強(qiáng)度的不利影響 ， 一般柱腹板軸壓力設(shè)計(jì)值 N與其屈服承載力 Ny之比 N/Ny， 則軸壓力對抗剪強(qiáng)度不利影響系數(shù)為 ， 與略去剪應(yīng)力有利影響相互抵消而略偏安全 。 由此 ， 上式即成為 (a) vf34)/(1 2 ?? yNNvwcbbb fthhMM3421 ?????式中的 hbhctw=Vp稱為節(jié)點(diǎn)域的體積 ， 對箱形截面柱 ， 考慮兩腹板受力不均的影響 ， 取 Vp=。 公式 （ a） 僅適用于非抗震地區(qū)的結(jié)構(gòu) 。 對地震區(qū)的結(jié)構(gòu) ，節(jié)點(diǎn)域的計(jì)算公式參見 《 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 》 的規(guī)定 。 ② 節(jié)點(diǎn)域腹板的穩(wěn)定：新規(guī)范規(guī)定為保證節(jié)點(diǎn)域的穩(wěn)定 ，應(yīng)滿足下式要求： （ hc+hb） /tw?90 (b) 上式與抗震規(guī)范 GB50011的規(guī)定相同，也是美國規(guī)范的建議，為在強(qiáng)震情況下不產(chǎn)生彈塑性剪切失穩(wěn)的條件。但在抗震規(guī)范中，根據(jù)我國初步研究，在軸力