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海外工程十五年之一三一——美标钢结构特殊抗弯框架之设计(10)

美标钢结构特殊抗弯框架之设计(10)

      钢结构保证延性的几个措施:A材料的延性;B.体系延性;C.截面延性;D.关键焊缝;E.保护区;F.节点域;G.其他。

3.6.1截面宽厚比

可靠的非弹性变形要求将受压构件的宽厚比限制在一定范围内,以提供在非弹性应变下抵抗局部屈曲的横截面。AISC 360§B4将术语“紧凑型”用于能够实现全塑性截面承载力并通过中等延性要求保持强度的横截面。AISC 341§D1.1规定了两个宽厚比等级,一个适用于中等延性构件,另一个适用于高延性构件。尽管中等延性构件的截面限制与AISC 360中定义为紧凑型的某些截面的限制相似,但它们并不相同,在某些情况下,由于地震荷载的循环性质,其限制要严格得多。钢结构特殊抗弯框架构件需要满足高延性构件的宽厚比要求。这种高度紧凑型截面预计能够实现显著的变形延性。为了满足高延性构件的紧凑性标准,AISC 341§D1.1a要求构件翼缘与腹板连续连接,而§D1.1b要求宽厚比小于或等于应力至非弹性范围时抵抗局部屈曲的宽厚比。AISC 341§D1.1b,表D1.1规定了高延性和中等延性构件受压构件的极限宽厚比。

3.6.2关键焊缝

关键焊缝是指预计将经历屈服水平或更高应变的焊缝,其失效将导致结构体系统安全的严重损害。为了达到可接受的性能,此类焊缝需要比其他焊接接头更高的质量和韧性。AWS D1.8规定了与需求关键焊缝相关的特殊要求。AISC 341§A3.4b中的使用说明重复了这些信息要求;焊接符合AWS D1.8的规范对于确保需求关键焊缝的适当实施是必要的。

AISC 341§E3.6a要求对立柱拼接处的坡口焊缝以及立柱基座与底板的连接进行关键焊缝要求,除非能够证明立柱铰接或基座处不会产生净张力。此外,除非AISC 358另有规定,或在资格预审或资格鉴定试验中确定,否则梁法兰和梁腹板至柱的完整接头熔透坡口焊缝要求满足要求。

3.6.3保护区

AISC 341§E3.5c要求将承受非弹性应变的钢结构特殊抗弯框架梁两端的区域指定为保护区。保护区必须符合AISC 341§D1.3的要求。AISC 358为预验连接指定保护区的位置和范围。对于AISC 358中未包含的连接,工程师应根据连接组件鉴定试验中显示的非弹性行为指定保护区。在承受重重力荷载的梁中,远离连接的梁跨内可能会出现塑性铰。当有此类情况时,工程师应在这些预计塑料铰的附加区域指定保护区。

SAC钢铁项目进行的测试表明,承受显著非弹性应变的梁区域对焊接、截面快速变化、穿透或施工相关缺陷引起的不连续性非常敏感。连接、附件、缺口或缺陷可能引发断裂。因此,预期非弹性应变区域被指定为保护区,不得受到其他建筑施工作业的干扰,包括定位焊缝、焊接剪切螺柱或螺栓或栓钉连接。但AISC341§I2.1允许使用电弧点焊和直径不超过0.18英寸(4.6mm)的电动紧固件将金属板固定到梁顶翼缘上。

3.6.4节点域

由于梁与柱之间的弯矩传递,节点域承受较大的剪力。节点域的剪切屈服是一种非常延性的行为;图3-12中描述(大大放大)的伴随剪切变形会对焊接梁翼缘至柱接头施加潜在有害的二次应力,并在一些实验室试验中导致过早断裂。梁柱连接的最佳非弹性性能是在节点域发生有限屈服和梁塑性铰同时发生时获得的。

3-12节点域非弹性变形

AISC 341§E3.6e1要求节点域按照AISC 360§J.10.6具有足够的强度,以在预期的塑性铰区形成梁的预期塑性弯矩强度。如果在框架稳定性评估中明确考虑了节点域变形(这不是典型情况),则AISC 360抗剪强度公式包括柱翼缘的重要贡献。当使用这种设计方法时,它有助于在切点域和梁之间提供平衡屈服,这已被证明为某些连接类型提供了增强的延性。但其他柱强度考虑因素可能导致节点域比需要的强度更高,从而导致节点域屈服更小。本指南第4.2.1节进一步讨论了节点域建模注意事项。

3.6.5横向支撑和稳定性

需要稳定支撑来抑制主要框架构件的侧向屈曲或侧向扭转屈曲。第5.2节讨论了与梁翼缘支撑相关的细节问题。

3.6.6梁翼缘连续板

除了控制与集中梁翼缘力相反的腹板屈曲外,柱加劲板还可以在加强和加固柱翼缘以及协助将梁翼缘力从柱翼缘转移到柱腹板方面发挥重要作用。作为SAC钢铁项目的一部分进行的分析研究表明,导致前Northridge型焊接连接过早断裂的一个重要因素是梁翼缘应力和应变在梁翼缘中心(与柱腹板相对)明显大于梁翼缘边缘。为了最大限度地减少这种影响,SAC钢铁项目建议使用梁翼缘连续板(柱加劲肋),使两面都有梁的柱在厚度上与梁翼缘相匹配。这一要求已纳入AISC 358第一版。最近的研究表明,这一要求过于保守。AISC 341§E3.6f规定了大多数类型特殊钢框架梁柱连接的梁翼缘连续性板的最低要求。AISC 358为这些板材设置了附加标准,用于某些预验连接。


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作者: ganggouren

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