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门式刚架弯矩与构件截面关系、H型钢平接、刨平顶紧相关答疑

门式刚架:在查看弯矩图时,能够看到弯矩。然而,却不知道弯矩与构件截面之间存在着怎样的关系?

受弯构件的受弯承载力为 Mx 除以(γx 乘以 Wx)加上 My 除以(γy 乘以 Wy),其值应小于等于 f。其中,W 表示截面抵抗矩,依据截面抵抗矩能够通过手工计算出大致的截面。

2、H型钢平接是怎样规定的?

可以随意进行连接,呵呵。主要的考量在于弯矩以及/或者剪力的传递。并且,在动力荷载较为密集的地方,设计焊接节点时需要格外留意平接。

3、“刨平顶紧”,刨平顶紧后就不用再焊接了吗?

磨光顶紧是一种传力方式,常用于承受动载荷的位置。它是为避免焊缝出现疲劳裂纹而采取的一种传力方式。有的情况要求磨光顶紧但不焊接,有的情况则要求焊接。具体要依据图纸要求来确定。其接触面要求光洁度不低于 12.5,可通过塞尺来检查接触面积。刨平顶紧的目的是使接触面的接触面积增加。这种做法一般用于有一定水平位移且为简支的节点。并且这些节点都应该具备其他的连接方式,例如翼缘顶紧时,腹板就有可能采用栓接。

一般这种节点要求刨平顶紧的部位无需焊接。若要焊接,刨平顶紧在焊接时不利于熔液深入,导致焊缝质量很差。即使焊接的部位不开坡口,也不会要求顶紧。顶紧与焊接相互矛盾,因此说顶紧部位再进行焊接是不准确的。然而,存在一种可能出现顶紧焊接的情况,即顶紧的节点对其他自由度的约束不足,且没有其他部位提供约束,此时有可能在顶紧部位施焊以约束其他方向的自由度。这种焊缝属于安装焊缝,既不可能满焊,也不可能用作主要受力焊缝。

4、钢结构设计时,挠度超出限值,会后什么后果?

变形会影响正常使用或外观;局部损坏(包含裂缝)会影响正常使用或耐久性能;振动会影响正常使用;其它特定状态会影响正常使用。

5、挤塑板的作用是什么?

挤塑聚苯乙烯(XPS)保温板,其主要原料是聚苯乙烯树脂。通过特殊工艺,连续挤出发泡成型,从而形成硬质板材。它具有独特且完美的闭孔蜂窝结构。这种板材具备抗高压的特性,同时还能防潮,既不透气也不吸水,具有耐腐蚀的性能,导热系数低,质地轻质,并且使用寿命长,是一种环保型材料。挤塑聚苯乙烯保温板在墙体保温、低温储藏设施、泊车平台、建筑混凝土屋顶及结构屋顶等领域被广泛应用,它是装饰行业中物美价廉的防潮材料。挤塑板具有以下卓越且持久的特性:其一,性能稳定,不易老化,可用 30 至 50 年;其二,抗湿性能极其优异,在高水蒸气压力的环境下仍能保持低导热性能。挤塑板的隔热保温性能无与伦比。挤塑板具有闭孔性能结构,闭孔率达 99%,这使得它的保温性能很好。发泡聚氨酯虽为闭孔性结构,但闭孔率小于挤塑板,仅约 80%。挤塑板在隔热性能、吸水性能以及抗压强度等方面的特点都比其他保温材料优越,所以在保温性能上也是其他保温材料无法达到的。挤塑板的抗压强度很惊人:不同型号厚度的挤塑板,其抗压强度能达到 150 到 500 千帕以上,而其他材料的抗压强度只是 150 到 300 千帕以上,能清楚看到其他材料抗压强度比挤塑板低很多。挤塑板的吸水性能很可靠:把它用在路面及路基之下,能有效防止水渗透。在北方尤其能减少冰霜的出现,减少受冰霜影响的泥土结冻等情况。能控制地面冻胀的情况,还能有效阻隔地气,避免地气被湿气破坏。

6、什么是长细比?

结构的长细比λ等于μl除以i,其中i是回转半径。从计算公式能简单看出:长细比就是构件计算长度与它相应回转半径的比值。从这个公式可以看出,长细比的概念把构件的端部约束情况、构件本身的长度以及构件的截面特性都综合考虑在内了。长细比这个概念对受压杆件稳定计算有明显影响。构件长细比越大,就越容易失稳。观察轴压和压弯构件的计算公式,其中都包含与长细比有关的参数。受拉构件规范也给出了长细比限制要求,其目的是确保构件在运输和安装状态下具备足够刚度。对于稳定要求越高的构件,规范所规定的稳定限值越小。

受弯工字梁的受压翼缘会发生屈曲,那么这种屈曲是沿着工字梁的弱轴方向进行的呢,还是沿着强轴方向进行的呢?

当荷载处于不大的状态时,梁通常在其最大刚度平面内进行弯曲。然而,当荷载增大到一定的数值之后,梁不但会产生较大的侧向弯曲,还会出现扭转变形,最终会迅速丧失继续承载的能力。在这种情况下,梁的整体失稳必然是侧向弯扭弯曲。

解决方法大致有三种:

1、增加梁的侧向支撑点或缩小侧向支撑点的间距;

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调整梁的截面,让梁的侧向惯性矩 Iy 得以增加;或者单纯地增加受压翼缘的宽度,比如吊车梁的上翼缘。

梁端支座对截面有约束作用。如果支座能够提供转动约束,那么梁的整体稳定性能就会大大提高。

8、钢结构设计规范中为什么没有钢梁的受扭计算?

通常情况下,钢梁一般为开口截面(箱形截面除外)。其抗扭截面模量大概比抗弯截面模量要小一个数量级。这意味着钢梁的受扭能力大概是受弯能力的 1/10。如果利用钢梁来承受扭矩,是很不经济的。因此钢结构原理与设计,通常会通过构造来保证钢梁不受扭。所以,在钢结构设计规范中,没有钢梁的受扭计算。

无吊车且采用砌体墙时,柱顶位移限值是 h/100 还是 h/240 呢?

轻钢规程已对该限值进行过勘误。主要原因在于 1/100 的柱顶位移无法确保墙体不会被拉裂。并且,如果墙体砌在刚架内部(例如内隔墙),在计算柱顶位移时,我们并未考虑墙体对刚架的嵌固作用(可形象地比喻为框剪结构)。

10、什么叫做最大刚度平面?

最大的刚度平面是绕强轴转动的平面。通常截面有两条轴,在这两条轴中,绕其中一条轴的转动惯性矩较大,这条轴被称为强轴,而另一条轴则为弱轴。

11、采用直缝钢管代替无缝管,不知能不能用?

结构方面,钢管理论上应相同,区别不大。直缝焊管不如无缝管规则,其形心可能不在中心,用作受压构件时需特别注意。焊管焊缝存在缺陷的几率相对较高,重要部位不能用焊管代替无缝管。无缝管受加工工艺限制,管壁厚不可能很薄(相同管径的无缝管平均壁厚比焊管厚)。很多情况下,无缝管材料使用效率不如焊管,尤其是大直径管。

无缝管与焊管最大的区别是用在压力气体或液体传输上(DN)。

剪切滞后和剪力滞后存在区别吗?它们各自的侧重点分别是什么?

剪力滞后效应在结构工程领域是普遍存在的力学现象。无论是一个构件,还是一栋超高层建筑,都可能出现剪力滞后现象。剪力滞后,有时也被称作剪切滞后。从力学本质角度来看,它属于圣维南原理。具体表现为在某一局部范围内,剪力所能发挥的作用存在限制,从而导致正应力分布不均匀。将这种正应力分布不均匀的现象称为剪切滞后。

墙体上开洞形成的空腹筒体被称作框筒。开洞之后,因为横梁会发生变形,这就导致剪力传递出现了滞后的现象。这种滞后现象使得柱中的正应力分布呈现出抛物线的形状,这种现象就被称为剪力滞后现象。

13、地脚螺栓锚固长度加长会对柱子的受力产生什么影响?

锚栓的轴向拉应力分布不均匀,呈倒三角型。上部的轴向拉应力最大,而下部的轴向拉应力为 0。随着锚固深度的增加,应力会逐渐减小。当达到 25 至 30 倍直径时,应力减小为 0。所以,锚固长度再增加也没有用处。只要锚固长度能满足上述要求,并且端部设有弯钩或锚板,一般情况下基础混凝土不会被拉坏。

14、应力幅准则和应力比准则的异同及其各自特点?

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长期以来,钢结构的疲劳设计一直是以应力比准则来开展的。在一定的荷载循环次数情况下,构件的疲劳强度σmax与以应力比 R 为代表的应力循环特征有着紧密的关联。将安全系数引入到σmax中,就能够得到用于设计的疲劳应力容许值〔σmax〕=f(R)。把应力限定在〔σmax〕的范围之内,这便是应力比准则。

焊接结构开始用于承受疲劳荷载之后,工程界在实践过程中慢慢认识到,与这类结构疲劳强度紧密相关的并非应力比 R,而是应力幅Δσ。并且应力幅准则的计算公式为Δσ≤〔Δσ〕。

〔Δσ〕是容许应力幅,它会因构造细节而有所差异,并且会随着破坏前循环次数的变化而改变。焊接结构在进行疲劳计算时,适宜以应力幅为准则,这是因为结构内部存在残余应力。对于非焊接构件而言,在应力循环 R >=0 的情况下,应力幅准则是完全适用的,因为有残余应力和无残余应力的构件,其疲劳强度相差不大。对于 R

15、什么是热轧,什么是冷轧,有什么区别?

热扎是在 1000 度以上通过轧辊进行压制。通常情况下,板的厚度小到 2MM 厚。在钢高速加工时,变形热抵不过钢面积增大所带来的散热。这就意味着难以保证在 1000 度以上进行加工。所以只能舍弃热轧这种高效且便宜的加工方法,在常温下轧钢,也就是对热轧材进行冷轧,以此来满足市场对更薄厚度的需求。当然冷轧会带来新的好处,比如会产生加工硬化,从而使钢材的强度得以提高。然而,冷轧后的钢材不宜焊接,至少在焊接处加工硬化被消除后,其高强度也就不存在了,会回到热轧材的强度水平。冷弯型钢既可以使用热轧材,比如钢管,也可以使用冷轧材。冷轧材和热轧材是有区别的,以 2mm 为一个判据,热轧材最薄为 2mm,而冷轧材最厚为 3mm。

梁应压弯构件为何要进行平面外平面内稳定性计算呢?当坡度较小时,为何可以只计算平面内稳定性就可以了呢?

梁仅存在平面外失稳的形式。不存在梁平面内失稳这一情况。对于柱而言,在有轴力时,其平面外和平面内的计算长度不同,才会有平面内和平面外的失稳验算。对于刚架梁,虽然被称作梁,但其内力中总会有一部分是轴力,所以严格来讲,它的验算应采用柱的模型,也就是按压弯构件,平面内和平面外都需要计算稳定。屋面坡度较小时,轴力较小,可将其忽略,所以可以采用梁的模型,也就无需计算平面内稳定。门规(P33,第 6.1.6 - 1 条)的意思是,屋面坡度较小时,斜梁构件在平面内只需计算强度,而在平面外依然需要计算稳定。

17、为何次梁一般设计成与主梁铰接?

如果次梁与主梁是刚接的情况,当主梁同一位置两侧都有相同荷载的次梁时,情况还好;但如果没有的话,次梁端弯矩对于主梁而言会导致平面外受扭,此时就需要计算抗扭,这会牵扯到抗扭刚度、扇性惯性矩等。另外,刚接会增加施工工作量,现场焊接工作量会大幅增加,这样做往往得不偿失,所以一般没有必要将次梁做成刚接。

18、高强螺栓长度如何计算的?

高强螺栓的螺杆长度等于 2 倍的连接端板厚度,再加上一个螺帽的厚度钢结构原理与设计,接着加上 2 倍的垫圈厚度,最后加上 3 倍的丝口长度。

19、屈曲后承载力的物理概念是什么?

屈曲后的承载力指的是构件局部屈曲后仍可继续承载的能力,这种情况主要在薄壁构件中出现,像冷弯薄壁型钢等。在计算时,会通过有效宽度法来考虑屈曲后的承载力。屈曲后承载力的大小取决于板件的宽厚比以及板件边缘的约束条件,宽厚比越大且约束越好,屈曲后的承载力就越高。在分析方法方面,目前国内外的规范主要是采用有效宽度法。但是各国规范在计算有效宽度时所考虑的影响因素有所不同。

20、什么是塑性算法?什么是考虑屈曲后强度?

塑性算法指的是在超静定结构中,能让预想部位达到屈服强度,从而出现塑性铰,以此达到塑性内力重分布的目的,同时还要保证结构不会形成可变或瞬变体系。考虑屈曲后强度,即受弯构件的腹板在丧失局部稳定后依然具有一定的承载力,并且要充分利用其屈曲后强度的一种构件计算方法。

待续……

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