高等钢结构第十二章

1、15234111555244433212.1钢结构的塑性设计12.1.1塑性设计对材料的要求 GB50017规定塑性设计：不直接承受动态荷载的固端梁、连续梁以及由实腹式构件组成的单层和两层框架结构。 利用材料的塑性性能，可以充分发挥材料的潜力，转动能力要求高。第 十二 章 钢结构设计的其他问题 理想弹塑性材料dx=0，则曲率无限大，机构无法形成。应变硬化性能会使材料出现短的塑性区，曲率为有限值，能够形成机构。 截面A转动要求：曲率要求：承受两个集中荷载的固端梁：理想弹塑性体的梁最大荷载P达不到塑性设计的极限荷载：图12.1的梁:材料的屈服点fy248N/mm2，极限应变为u24%，本构关系为理

2、想弹塑性和应变硬化材料，极限曲率： 应变硬化材料，极限强度为fu434N/mm2（相当于1.75 fy）的梁。不论等于多少，最大荷载都可以达到并超过Pu。A.P.Hrennikoff用铝合金连续梁做的试验表明，不仅缺少硬化性能的材料不适用于塑性设计，硬化程度很弱的材料也同样不适用。 用于塑性设计的钢材必须具有应变硬化性能，并且不能过低。 塑性设计对材料的要求： 1、延伸率 2、强屈比 3、对应于抗拉强度的应变不小于20倍屈服点应变结构以形成机构作为极限状态来进行设计还有两个条件：1、板件局部屈曲，2、杆件弯扭屈曲防止板板在结构成为机构之前局部屈曲需要对它的宽厚比严格限制。 理想弹塑性E为零，刚

3、度为零，屈曲不可避免。 板件稳定的原因在于材料的应变硬化，E不为零。12.1.2防止局部屈曲处在屈服应力下的翼缘板，如果腹板对它只起简支作用，根据正交异性板发生屈曲的平衡微分方程可得翼缘板的临界荷载：板件极限宽厚比构件受压翼缘实际屈曲时，腹板随同变形并起一定约束作用。考虑腹板约束翼缘的宽厚比限值不均匀弯矩时，翼缘的宽厚比应不大于 不同的设计规范对塑性设计构件的板件宽厚比限值的规定不尽相同。GB50017规范对悬伸宽厚比b/(2t)要求不超过：塑性设计中工字形截面的腹板宽厚比也需要严格限制。GB50017规范对工形截面腹板宽厚比的规定是：当N/Af0.37时当N/Af0.37时 材料屈服点越高，

4、要求板件宽厚比限制得越小，才能保证需要的转动能力。12.1.3防止弯扭屈曲防止构件在出现机构前弯扭屈曲要布置侧向支撑： （1）塑性铰截面（2）每隔一定跨度考察有侧向支撑的梁纯弯曲段的弯扭屈曲T形截面轴心压杆，不受下一半的约束，承受压力Afy/2，弯曲刚度为EIy/2，临界长细比为R为转动能力不计算结构变形 引入计算长度系数k 塑性设计中支撑构件应该具一定的强度和刚度GB50017的规定：当0.5M1/Wpxf1.0时当1M1/Wpxf0.5时12.2抗震钢结构的特点12.2.1循环拉压的轴力构件房屋结构中抗侧力的支撑，属于循环拉压的轴力构件。 宽翼缘工字钢试件轴力与轴向变形关系的滞回曲线。 滞

5、回环的图形和杆件长细比有密切关系。 超过12层的房屋中的钢中心支撑的长细比在设防烈度6、7度地区不宜超过，在设防烈度为8度的地区最好不大于，9度地区则不宜大于。抗震设计中确定支撑截面时应把材料强度设计值乘以折减系数 双轴对称的杆件优于单轴对称的，实腹杆件优于填板组合的双肢杆件。角钢组成的支撑杆的抗震性能：平面内屈曲、平面外屈曲。填板的数量和尺寸对双角钢组合构件的抗震性能至关重要。两根角钢从两边扣在节点板上形成箱形截面，抗震性能要比T形截面优越得多。耗散能量的能力提高1倍以上，断裂寿命则提高60%。十字撑荷载位移的滞回曲线 循环拉压的轴力构件的板件宽厚比限制，应比塑性设计的框架构件更为严格，JG

6、J9990规定支撑斜杆悬伸宽厚比应不超过 ，I形截面腹板和箱形截面壁板宽厚比应不超过12.2.2框架无P效应和有此效应时水平荷载位移的滞回曲线有P效应与无P效应不同：一是在相同的位移循环之下H力较高；二是滞回曲线有负斜率。框架在地震作用下的滞回性能和框架柱有很大相似之处。压弯（和受弯）构件的试验研究控制框架柱的轴压，是抗震设计应该注意的一个问题。高层民用建筑钢结构技术规程规定在同时符合下列两个条件时可不进行高层钢结构整体稳定验算。（1）结构各楼层的柱子平均长细比和平均轴压比N/Ny满足 （2）结构按一阶线弹性计算所得的各楼层层间相对位移值满足在静力荷载作用下，P效应使结构内力增大，而对承受动力

7、荷载的结构则是增大自振周期，二者有显著差别。欧洲抗震规范EC81988规定可以忽略P效应的重要依据是每层的弹性层间位移符合欧洲钢结构协会的地震区钢结构建议强柱弱梁抗震设计的的框架 1、限制轴压比 2、限制层间位移 3、限制构件截面宽厚比 4、强柱弱梁要求12.2.3偏心支撑框架偏心支撑框架结构：支撑一端或两端做成偏心交汇，在梁端留出短段用于发展塑性和耗散地震能量，综合了框架和轴交支撑体系的优点。K型偏心支撑滞回曲线 Y型偏心支撑滞回曲线 骨架曲线 耗能梁段的长度 Mp=Wpfy和Vp=0.58h0twfy偏心支撑形成机构时，耗能梁段的转角为柱转角的L/e倍 由于耗能梁段承受很大剪应力，必须对它

8、的腹板设置排列较密的加劲肋，以防屈曲。在耗能梁段两端上、下翼缘处都应设置水平侧向支撑，以防侧扭失稳。 支撑应按和耗能梁端强度对应的轴力的1.6倍计算。12.2.4防曲支撑框架防曲支撑框架的新结构体系：支撑杆由芯杆和套管两部分组成从三个方面验算支撑杆在压力作用下的稳定性。（1）杆的整体稳定验算，临界应力是（2）芯杆在横向约束下的稳定（3）芯杆屈服段延伸于套管外的短段的扭转屈曲利用塑性理论，外伸段的扭转屈曲临界应力为12.2.5框架的刚性连接节点梁与柱全焊连接，梁腹板与柱用高强螺栓连接，但梁翼缘仍然用全熔透的坡口焊与柱相连。（1）衬垫板在施焊后没有除去，它柱翼缘之间的缝隙形成人为裂纹。（2）梁腹板

9、切角较小，使焊缝在腹板处不易焊好，也难于检查，以致于留下严重的缺陷。 （3）厚度大的柱翼缘和柱横向加劲肋对变形的约束作用使梁翼缘超负荷，其连接焊缝处于三向拉伸的应力状态，延性受到限制。改善连接节点抗震性能的途径： （1）保留这种连接型式，实行下列改进措施1）除掉下翼缘的衬垫板，进行清根和补焊，并加焊韧性良好的角焊缝。2）改变腹板下角的切角形状和尺寸，并对火焰切割边缘打磨抛光。3）对焊缝韧性提出要求，21夏比冲击韧性不低于54J、29时不低于27J。（4）该次地震来势猛，水平方向加速度最大达1.8g，竖向1.2g。应变速率大，使材料断裂韧性下降。（5）焊缝金属的韧性偏低。 （6）梁所用A36号钢（相当于Q235）的实际屈服点比标准值高出很多，以至塑性不能开展 （2）利用保险丝的概念，