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【新钢规十五年】吴耀华:疲劳计算及防脆断设计

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17版钢标将03版钢规中分散的防脆断设计和疲劳计算内容合并为第16章,该章内容共4节:一般规定;疲劳计算;构造要求;防脆断设计。

17版钢标对疲劳计算及防脆断设计的主要修订:

1)引入1亿次循环疲劳截止限参数,新增了简便快速验算疲劳强度的方法,先进行简易计算和判断,不满足要求时再进行详细计算;

2)增加构造细节,在原03版钢规19项构造细节的基础上,参照欧洲规范增加了23项构造细节,并进行重新归类编排;

3)在疲劳计算表达中,增加了厚度修正系数,体现厚板(或大直径螺栓)疲劳容许应力幅的折减;

4)把03版钢规中分散在多章节的有关疲劳的节点构造归并集中到16.3节,便于设计人员采用,并与现行《钢结构焊接规范》GB50661-2011相协调;

5)新增“防脆断设计”一节,对工作温度低于-20℃时钢结构的选材、连接构造及施工注意事项进行了规定,提出抗脆断验算的概念。

直接承受动力荷载重复作用的钢结构构件及其连接,当应力变化的循环次数n等于或大于5万次时,应进行疲劳计算。疲劳计算应采用容许应力幅法,应力应按弹性状态计算,容许应力幅应按构件和连接类别应力循环次数以及计算部位的板件厚度确定。对非焊接的构件和连接,其应力循环中不出现拉应力的部位可不计算疲劳强度。

03版钢规采用最简单的损伤处理方式,即保持SN曲线的斜率不变,认为高应力幅与低应力幅具有同样的损伤效应,且无论多小的应力幅始终存在损伤作用,这是过于保守的做法,并不切合实际。本次修订时,采用了欧洲钢结构设计规范EC3及国际上认可的做法,一是SN曲线斜率由单一直线改为二段折线,二是引入疲劳截止限(即应力幅小于该值时,不会产生疲劳破坏),三是增加了厚度修正系数,体现厚板(或大直径螺栓)疲劳容许应力幅的折减。

17版新钢标对疲劳计算的构件和连接表进行了分类归纳以便于使用,并增加了钢管截面和剪应力作用下构件和连接的分类,适用的构造细节从03版钢规的19项扩展到6类共38项。

对于变截面吊车梁的构造要求,本次修订总结了以往经验,推荐采用直角式突变支座代替圆弧式突变支座

在低温(通常指≤-20℃)下工作或制作安装的钢结构构件应进行防脆断设计。在防脆断概念设计中,实腹构件优于格构式构件,薄板材料优于厚板,低温现场的螺栓连接优于焊接连接,焊缝布置要减少约束应力、避免焊缝集中交汇。对于焊缝尤其是角焊缝的使用进行了更严格的限制,承重构件和节点的连接宜采用螺栓连接,受拉构件或受弯构件的拉应力区不宜使用角焊缝。对于特别重要或特殊的结构构件和连接节点,可采用断裂力学损伤力学的方法对其进行抗脆断验算。

下一期将为您带来陈瑞金老师对新钢规的解读:

销轴连接设计

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