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海外工程十五年之一三六——美标钢结构特殊抗弯框架之设计(13)

5.设计指南

5.1设计方法

三个基本的钢结构特殊抗弯框架设计构件是梁、柱和梁柱连接。梁跨越保护区之间的水平净距,柱跨越节点域之间的竖向净距,梁柱连接在梁柱交点处同时包含保护区和节点域。

AISC 341允许使用荷载和抗力系数设计或容许强度设计方法,以在钢结构特殊抗弯框架中对梁和柱进行配置设计。但AISC 358§1.3仅允许使用荷载和抗力系数设计法进行预验连接的设计。除非AISC 341AISC358另有规定,否则必须根据AISC 360的规定确定相应的标准强度、抗力和安全系数以及部件的适用强度。

5.2梁设计

5.2.1限制

为了提供可靠的非弹性变形,AISC 341§E3.5a要求梁符合高延性构件的宽厚比要求。梁不应设计为与支撑混凝土板组合抗震,因为当上翼缘处于受拉状态时,组合性能不可用,并且因为AISC 341§D1.3禁止在预期塑性铰区放置剪力连接件,除非AISC 358或通过其他方式特别允许连接一致性演示。AISC 341§E3.5c要求在梁的每一端将承受非弹性应变的区域指定为保护区。AISC 341§E3.5b禁止该区域梁翼缘区域发生突变。仅当鉴定试验证明最终结构可以形成稳定的塑性铰链时,才允许钻翼缘孔或修整翼缘(例如,在削弱梁截面连接中所做的)。根据AISC 358§2.3.2a的规定,在塑料铰链的预期区域内,连接组合构件腹板和翼缘的焊缝必须使用带有一对加强圆角的全焊透坡口焊缝进行。

AISC 358§2.3要求轧制宽翼缘和组合梁符合适用于特定连接类型的横截限制。包括对梁深度、重量、翼缘厚度和净跨深比的限制。当使用拟定横截面的梁进行项目特定鉴定试验时可不满足。

5.2.2侧向扭转屈曲

当受到非弹性变形时,钢结构特殊抗弯框架梁必须抵抗由侧向扭转屈曲引起的构件失稳。AISC 341§E3.4b要求在以下位置附近对顶部和底部翼缘进行横向支撑:集中力、横截面变化以及分析表明在非弹性变形期间将形成塑性铰的位置。支撑的间距不得超过0.095ryE/RyFy),其中ry是关于弱轴的梁回转半径,E是弹性模量,Fy是规定的最小屈服应力,ry是预期屈服应力与规定屈服应力的比率。图5-1所示为横向梁支撑,包括从抗弯框架梁的底部翼缘延伸至相邻梁的顶部翼缘的对角“限位”支撑。尽管通常使用该构造,但可能会出现问题,因为当两个梁的荷载产生不同的挠度时,支撑将受到应力,从而导致限位支撑倾向于通过在相邻梁偏转时将底部翼缘推到一侧形成框架梁扭转。图5-2显示了另一个构造,其中使用中间水平框架以旋转约束的形式提供横向支撑。图5-3显示了另一种备选方案,其中限位器从抗弯框架梁上移动一个间隔。

5-1使用对角“限位器”的稳定性支撑

5-2使用横向框架的稳定支撑

5-3可选稳定支撑构造

塑料铰的位置必须符合AISC 358§2.4.2的规定,或通过资格预验或资格测试确定。AISC358要求在指定保护区外放置横向支撑。在可能发生塑性铰的任何其他位置也需要此类支撑,对于重力荷载较大的梁,此类支撑可位于梁跨度内。在许多情况下,当梁支撑混凝土结构板,该混凝土结构板通过焊接抗剪连接件连接到保护区之间的梁时,可在塑性铰处消除补充横向支撑。AISC 358的个别连接章节概述了此类特定构造的例外情况。如果在塑料铰附近布置横向支撑,AISC 341§D1.2c要求支撑强度至少等于塑料铰位置处预期翼缘承载力的6%。否则,支撑强度必须符合AISC 360附录6等式A-6-7的规定。所有支撑还必须满足AISC 360附录6等式A-6-8中的刚度规定。


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作者: ganggouren

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