PPT钢材性质与结构体系设计综述

1高等钢钢结构构理论论2010年9月26日2课程特特点实践性性：从工程程实践践中发发现问问题，，总结结经验验；综合性性：综合应应用各各种知知识解解决问问题；；创新性性：创造新新的技技术，，推动动工程程实践践发展展。3第一章章钢钢材性性质与与结构构体系系设计计综述述1.1钢结构构的核核心价价值1.2钢结构构工程程发展展的主主要四四个领领域1.3选用钢钢结构构的基基本原原因和和附加加原因因1.4钢结构构设计计的流流程1.5钢结构构的验验算1.6钢结构构的概概念设设计：：1.6.1钢结构构荷载载与作作用的的特点点1.6.2提高钢钢结构构承载载效率率的方方法1.6.3提高钢钢结构构建造造和维维护工工作效效率的的方法法1.6.4提高钢钢结构构延性性的方方法1.7钢结构构的创创新－－反向向平衡衡法兰兰的研研发41.1钢结构构的核核心价价值：：承、、重比比高、、快速速施工工和延延性好好1）承载载能力力与重重量之之比高高（用用于主主体结结构））传统概概念：：强质质比，，针对对材料料新概念念：承承、重重比，，针对对结构构区别：：承载载能力力包含含材料料强度度因素素，也也包含含用此此种材材料做做成结结构件件的几几何要要素，，如作作为梁梁、柱柱，钢钢材可可形成成高效效的截截面；；作为为楼板板，钢钢材难难以形形成适适用、、高效效（高高抗弯弯模量量、高高惯性性矩））的截截面。。2）工厂厂制作作，工工地螺螺栓连连接，，施工工周期期短i）工工厂厂制制作作（（成成形形、、焊焊接接、、涂涂装装））优优质质高高效效ii）工工地地螺螺栓栓连连接接快快速速、、省省工工iii）充充分分利利用用时时间间与与空空间间交交叉叉特特性性，，节节约约工工期期51.1钢结结构构的的核核心心价价值值：：轻轻质质、、快快速速和和延延性性好好3）结结构构延延性性好好i）在在极极限限荷荷载载与与作作用用下下可可进进行行内内力力重重分分布布ii）可可耗耗能能减减振振4）为为实实现现钢钢结结构构核核心心价价值值应应解解决决的的问问题题i）稳稳定定问问题题ii）锈锈蚀蚀问问题题iii）防防火火问问题题61.2钢结结构构工工程程发发展展的的主主要要四四个个领领域域及及原原因因1、单单层层轻轻钢钢厂厂房房及及仓仓库库工程程受受力力特特点点：：表表面面活活荷荷载载小小，，跨跨度度大大工程程外外形形特特点点：：简简单单、、标标准准化化71.2钢结结构构工工程程发发展展的的主主要要四四个个领领域域及及原原因因大众众汽汽车车三三期期工工程程山东东省省日日照照市市双双禾禾家家纺纺轻轻钢钢车车间间某轻轻钢钢厂厂房房现代代轻轻型型钢钢结结构构———厂房房81.2钢结结构构工工程程发发展展的的主主要要四四个个领领域域及及原原因因2、大大跨跨度度公公共共建建筑筑屋屋面面工程程受受力力特特点点：：表表面面活活荷荷载载小小，，跨跨度度大大工程外形形特点：：造型复复杂多变变代表建筑筑物江宁体育育场详见幻灯灯片10上海浦东东国际机机场详见幻灯灯片11上海新国国际博览览中心详见幻灯灯片12南京奥林林匹克体体育中心心详见幻灯灯片13国家体育育场的“鸟巢”方案详见幻灯灯片1491.2钢结构工工程发展展的主要要四个领领域及原原因江宁体育育场大跨度公共建筑筑101.2钢结构工工程发展展的主要要四个领领域及原原因9大跨度公共建筑筑上海浦东国际机场111.2钢结构工工程发展展的主要要四个领领域及原原因大跨度公共建筑筑上海新国际博览中心121.2钢结构工工程发展展的主要要四个领领域及原原因大跨度公共建筑筑

南京奥体中心主场馆的整体雄姿131.2钢结构工工程发展展的主要要四个领领域及原原因大跨度公共建筑筑2008奥运会国家体育场方案141.2钢结构工工程发展展的主要要四个领领域及原原因3、超高层层建筑工程受力力特点：：结构水水平荷载载与作用用和高度度的平方方成正比比，结构构的竖向向力作用用与水平平力作用用有耦连连放大之之势。代表建筑筑物上海金贸贸大厦详见幻灯灯片16浦东国际际金融大大厦详见幻灯灯片17北京京广广中心详见幻灯灯片17深圳地王王大厦详见幻灯灯片18广州中信信大厦详见幻灯灯片19151.2钢结构工工程发展展的主要要四个领领域及原原因1998年金茂茂大厦88层420m混凝土核核心筒:钢巨型外外伸桁架架,钢骨混凝凝土巨型型柱超高层建筑161.2钢结构工工程发展展的主要要四个领领域及原原因超高层建筑浦东国际金融大厦226m高，56层，12万m2，2000年竣工。北京京广中心208m高，52层171.2钢结构工工程发展展的主要要四个领领域及原原因超高层建筑1996年：深圳圳地王大大厦混凝土核核心筒，，钢框架架81层，384m高，14.7万m2，用钢量量为24500T。181.2钢结构工工程发展展的主要要四个领领域及原原因超高层建筑深圳发展中心大厦广州中信大厦广州中信大厦华南第一高楼，391m高，80层。191.2钢结构工工程发展展的主要要四个领领域及原原因4、高耸结结构工程受力力特点同同超高层层建筑代表建筑筑物（结结构设计计创意，，结构形形式，特特点）佛山广播播电视塔塔（230m高）详见幻灯灯片20黑龙江广广播电视视塔（336m高）详见幻灯灯片22林芝电视视塔（（103m高）详见幻灯灯片22临沂电视视塔（（326m高）详见幻灯灯片22海南电视塔详见幻灯片22河南电视塔（（388m高）详见幻灯片22201.2钢结构工程发发展的主要四四个领域及原原因高耸结构230m高佛山广播电视塔211.2钢结构工程发发展的主要四四个领域及原原因高耸结构黑龙江广播电电视塔被称为为龙塔，坐落落在哈尔滨高高新技术开发发区，高度为为336米，亚洲第一一钢塔。电视视塔集广播电电视发射、旅旅游观光、广广告传播、餐餐饮娱乐、科科技乐园、无无线通讯、环环境气象监测测等多种综合合性功能于一一身，成为素素有“东方莫斯科”美誉的北国名名城哈尔滨市市乃至黑龙江江省新的标志志性景观。黑龙江电视塔塔221.2钢结构工程发发展的主要四四个领域及原原因高耸结构西藏林芝多功功能电视塔建建于具有“西西藏江南”之之称的林芝市市，塔高103米。该塔既具具有电视发射射功能，又兼兼有旅游观光光功能。林芝芝电视塔塔身身由36根笔直的钢管管在空中巧妙妙地组合成双双曲抛物面，，充分体现了了现代建筑优优美而独特的的造型风格；；其内由压型型钢板和采光光板构成的正正十六边形井井道，玲珑剔剔透，与外塔塔身配合相得得益彰。林芝电视塔231.2钢结构工程发发展的主要四四个领域及原原因高耸结构临沂电视塔总总高326米，塔顶天线线段总高98米。塔楼总体呈笔笔头状；塔身身沿渐开线状状桁架向下有有一些不锈钢钢索，使塔身身像一架竖琴琴，给人以音音乐的美感。。塔座为多层层建筑，平面面为渐开线状状，立面由内内向外逐渐降降低，恰似舒舒展的竹简。。最奇妙的是是竹简形幕墙墙上的窗洞大大小参差，疏疏密有致，细细看能品位出出书法作品那那种出神入化化的韵味。临沂电视塔241.2钢结构工程发发展的主要四四个领域及原原因高耸结构海南电视塔方方案由900个立方体钢框框架构成，四四翼呈螺旋状状收缩上升，，塔座平面布布局呈风车状状，塔楼根据据需要，采用用玻璃幕墙对对立方体框架架进行封闭，，形成镶嵌在在金属框架中中晶莹剔透的的宝石。海南电视塔方方案251.2钢结构工程发发展的主要四四个领域及原原因高耸结构河南省广播电电视发射塔总总高388m,由塔身结构、、塔楼结构及及桅杆结构等等组成。塔身身由内筒及外外筒组成,采用全钢结构构。外筒由10根桉叶糖形钢钢管塔柱构成成。河南电视塔261.3选用钢结构的的基本原因和和附加原因1）基本原因：：活荷载与全部部竖向荷载之之比越小，采采用钢结构优优越性更大；；2）附加原因：：i）跨度大，结结构效应放大大系数大ii）地震烈度大大iii）软土地基IV）劳动力价格格高V）造型复杂271.4钢结构设计的的流程图1-1钢结构设计流程图

前期准备，调调查研究概念设计和结结构布置施工图设计初步设计281.5钢结构验算的的内容图1-2钢结构验算内容图291.6钢结构概念设设计1.6.1钢结构荷载与与作用的特点点1）风荷载i）阵风系数βgz（计算墙、梁梁）和风振振系数βz（计算主体结结构）ii）风荷载的方方向及其与重重力荷载的组组合以及产生生的结构效应应2）冰雪荷载：：条件、取值值和导向3）温度作用：：整体尺度，，平衡点；分析相对温差差，释放温差差效应，初始始温度控制及及温差效应的的选取4）地震作用减轻附属结构构增加结构延性性减少地震作用用效应增大结构阻尼尼5）荷载与结构构的变异301.6钢结构概念设设计1.6.2提高钢结构承承载效率的方方法1）使尽可能多多的构件处于于均布和简单单应力状态（（如桁架，拱拱，索结构等等）2）均衡发挥结结构整体效应应：如对高层钢结结构的筒中筒筒，外筒与内内筒共同抗弯弯，但若外筒筒柱长细比加加大，则不能能与内筒共同同抗弯，要用用桁架法解决决共同抗弯问问题。3）传力直接例1）龙门吊提升升支架柱的连连接法兰图。。柱的压力通过过局部承压直直线传递（不通过法兰兰板抗弯及焊焊缝传递）龙门吊提升支支架柱的连接接法兰图311.6钢结构概念设设计龙门吊提升支支架大梁连接接图例2）龙门吊提升升支架大梁连连接图。梁上翼缘压力力通过局部承承压直线传递递（不通过高高强螺栓抗剪剪传递）例3）高强螺栓直直接张拉法提高螺栓强度度20%321.6钢结构概念设设计4）利用各种可可能的因素传传递内力例：利用柱脚脚次弯矩产生生的柱脚局部部弯曲压应力力产生剪力抗抗剪，取消抗抗剪键。5）区别不同受受力类别和比比例，分别确确定稳定控制制条件和验算算方法。例：对轴压柱柱，径厚比限限定小于100；对于主要受受弯管结构，，径厚比超过过100~250之间，可对强强度作折减。。331.6钢结构概念设设计6）通过研究明明确结构传力力途径例：法兰板受受压，法兰板板受拉。法兰连接示意意法兰板计算341.6钢结构概念设设计6）通过研究明明确结构传力力途径例：外法兰受受弯，内法兰兰受弯。外法兰盘内法兰盘351.6钢结构概念设设计1.6.3提高钢结构建建造和维护工工作效率的方方法1）基本方法：：工厂制造，，工地螺栓连连接2）工厂成型，，焊接有专用用设备，优质质高效，检验验严格，还可可消除部分内内应力3）工厂制作完完喷砂后作防防腐蚀涂层，，工地螺栓连连接保护涂层层完好，提高高结构耐久性性4）工地螺栓连连接省时、省省工，内应力力小5）螺栓连接特特殊问题的处处理：i）螺栓连接的的位置选择a）考虑构件制制造、运输、、安装单元划划分；b）考虑安装设设备及安装工工艺c）考虑内力较较小位置d）考虑节约约用钢量e）对设计内内力较小而而变异较大大的构件采采用均衡设设计法361.6钢结构概念念设计ii）螺栓连接接与工地焊焊接的适当当互补a）螺栓为焊焊缝作定位位保证b）焊接用于于翼缘受力力直接、高高效，无突突出物。c）螺栓要与与焊缝共同同受力须为为高强螺栓栓iii）螺栓的防防松a）普通螺栓栓应要求在在荷载频遇遇值下不滑滑动。（预预拉力取1/3P）b）普通螺栓栓用双螺母母或扣紧螺螺母防松c）受剪、受受拉高强螺螺栓靠预应应力防松d）受疲劳拉拉、压交变变力的高强强螺栓连接接使用长螺螺杆，直接接张拉法施施工防松松371.6钢结构概念念设计1.6.4提高钢结构构延性的措措施1）保证材料料延性和冲冲击韧性参数：延性性，冲击韧韧性，厚度度，Z向性能，杂杂质含量2）避免外形形突然变化化或锐角交交叉3）避免焊缝缝三向交叉叉及大量集集中4）连接配置置刚柔相济济，减少安安装应力5）用滑移，，转换结构构造成可控控的延性变变形例：高强螺螺栓由摩擦擦型向承压压型转换过过程及其应应用38长圆圆孔孔变变型型性性高高强强螺螺栓栓节节点点长圆圆孔孔变变型型性性高高强强螺螺栓栓节节点点①概概念念按照照控控制制梁梁上上塑塑性性铰铰的的原原则则,采用用长长圆圆孔孔变变型型性性高高强强螺螺栓栓节节点点作作为为抗抗震震延延性性节节点点。。所所谓谓变变型型性性,是指指在在加加载载过过程程中中,连接接节节点点的的高高强强螺螺栓栓由由摩摩擦擦型型变变成成承承压压型型这这种种性性能能。。节节点点的的翼翼缘缘与与腹腹板板均均采采用用螺螺栓栓连连接接,螺栓栓孔孔开开成成长长圆圆形形,通过过螺螺栓栓的的滑滑动动来来增增加加节节点点的的延延性性变变形形能能力力。。39长圆圆孔孔变变型型性性高高强强螺螺栓栓节节点点②试验验概概况况i）试试验验对对象象试验验对对象象为为钢钢框框架架结结构构中中带带悬悬臂臂梁梁段段的的梁梁柱柱刚刚接接节节点点，，其其中中柱柱截截面面为为HN800××300,通过过支支座座及及锚锚栓栓固固定定在在试试验验台台上上,梁截截面面为为HM600××300。对4个试试件件进进行行循循环环加加载载,其中中1个为为对对比比试试件件,3个为为优优化化试试件件。。对对比比试试件件节节点点连连接接采采用用实实际际工工程程中中应应用用较较多多翼翼缘缘完完全全焊焊透透的的坡坡口口对对接接焊焊,腹板板用用螺螺栓栓连连接接。。而而优优化化试试件件采采用用的的是是长长圆圆孔孔变变型型性性高高强强螺螺栓栓连连接接节节点点，，长长圆圆孔孔长长轴轴方方向向是是沿沿梁梁的的轴轴线线方方向向，，构构件件在在连连接接处处接接触触面面处处理理方方法法为为喷喷砂砂后后生生赤赤锈锈。。40长圆圆孔孔变变型型性性高高强强螺螺栓栓节节点点ii）试试验验加加载载点点与与测测点点布布置置采用用液液压压千千斤斤顶顶在在梁梁端端加加劲劲肋肋处处施施加加循循环环荷荷载载P,上下下2个千千斤斤顶顶分分别别加加载载。。为为了了防防止止试试件件发发生生整整体体失失稳稳,在梁梁的的两两侧侧各各设设置置1个侧侧向向支支撑撑。。为了了测测量量梁梁的的变变形形及及塑塑性性转转角角,在梁梁上上C1、C2、C3、C4位置置布布置置测测点点,每个个测测点点处处都都布布置置电电子子位位移移计计。。为为测测量量加加载载过过程程中中节节点点处处的的应应力力,在拼拼接接板板上上粘粘贴贴了了电电阻阻应应变变片片。。加载点及及测点布布置图iii）加载制制度采用低周周反复加加载模式式,即在每级级荷载下下按静力力荷载试试验的模模式加载载和卸载载,再反向加加卸载进进行低周周循环。。41长圆孔变变型性高高强螺栓栓节点③试验现象象弹性阶段段：4个试件加加载中均均无声音音发出,试件几乎乎没有任任何变形形。塑性阶段段：对比比试件在在加载中中逐渐听听见细微微的响声声,最终剖口口处的腹腹板与翼翼缘连接接处出现现断裂（（图a）。3个优化试试件,随着循环环荷载的的增大,翼缘拼接接板出现现弯曲变变形（图图b），并在在加载过过程中伴伴随着数数声巨响响,翼缘的上上下两块块拼接板板发生错错动。最最终翼缘缘连接板板屈曲,梁端变形形过大,试件发生生扭转,停止加载载。在试试验结束束之后观观察,螺栓在连连接板上上留下的的滑移痕痕迹非常常明显（（图c）。图a图c图b42长圆孔变变型性高高强螺栓栓节点④试验结果果与分析析i）滞回性性能对比试件件的滞回曲曲线呈纺纺锤型,无捏拢现现象,而优化试试件的滞滞回曲线线基本成成平行四四边形,滞回环所所包含的的面积较较大,说明具有有较好的的耗能能能力。试件滞回回曲线图图43长圆孔变变型性高高强螺栓栓节点ii）塑性转角角对比试件件的塑性性转角只只达到0.0204rad,而3个优化试试件的塑塑性转角角都大于于0.05rad,远远超过过了0.03rad（FEMA临时指南南要求刚刚性连接接试件在在破坏时时的塑性性转角））,抗震性能能得到大大幅提高高。梁端塑性性转角表表注：θp是指梁端端塑性位位移除以以梁的长长度。iii）延性3个优化试试件节点点的位移移延性系系数达到到对比试试件的2～3倍,延性变形形能力有有较大的的提高。。延性系数数表注：位移移延性系系数μ根据C4点的极限限位移Δu与屈服位位移Δy(梁截面进进入塑性性或螺栓栓滑移时时对应的的位移)之比来确确定。44长圆孔变变型性高高强螺栓栓节点iv）耗能能力力试件的能能量耗散散能力用用能量耗耗散系数数E表示。对比试件件随着构构件进入入塑性,能量耗散散系数E逐渐增大大,最终破坏坏时耗散散系数达达到1.45。而优化化试件的的能量耗耗散系数数都是先先增大后后减小,进入塑性性之后,通过螺栓栓的滑移移,构件的耗耗能能力力有了明明显的提提升,在塑性阶阶段,3个构件的的能量耗耗散系数数分别达达到2.33、2.01、1.94。E-Δ关系曲线线图45反向平衡衡法兰创创新设计计过程反向平衡衡法兰极极限承载载力试验验试验目的的GJ2说明、试试验现象象及结果果分析液压张拉拉器研制制调兵山风风场试验验塔筒实实体安装装及现场场实测实体安装装实测目的的安装阶段段实测发电200小时后实实测反向平衡衡法兰疲疲劳试验验试验目的的GJ1说明、试试验现象象及结果果分析结论1.7钢结构的的创新－－反向平平衡法兰兰的研发发461.7.1反向平衡衡法兰创创新设计计过程厚型锻造造法兰优点：焊缝少，，抗疲劳劳性能好好，法兰刚度度大。缺点：造价太高高，端面面要铣平平，材料用量量大，螺螺孔偏差差不易处理。。①47厚型锻造造法兰双双层法法兰优点：螺栓直径径减小，，数量增增多以改改善手工操作作条件，，并减小小法兰板板尺寸及跨度度，从而而减小法法兰板厚厚度，减少用钢钢量。缺点：焊接工作作量增大大较多，，部分焊焊缝有施工干干扰；端端面铣平平加工量量仍较大（无无改善））。②1.7.1反向平衡衡法兰创创新设计计过程48厚型锻造造法兰双双层法法兰反反向法兰兰优点：1）取消下下法兰板板后焊接接工作量量减少，且加加劲板的的焊接不不受下法法兰板的阻挡挡，质量量易于保保证；2）铣平加加工仅对对钢管端端面，工工作量大为减少少；3）用钢量量比双层层法兰减减少；4）保持螺螺栓加预预拉力便便利的特特点，从而抗疲疲劳性能能及维护护性能不不变。③1.7.1反向平衡衡法兰创创新设计计过程49缺点：反向法兰兰中加劲劲板与钢钢管连接接焊缝的的弯曲作作用很大大，除了了要增加加加劲板板长度外外，还会会对钢管管端部区区域产生生较大的的径向压压力。由由于这部部分径向向压力缺缺少环状状下层法法兰的平平衡，故故在钢管管端部引引起很大大的环向向拉应力力。若要要减小这这一环向向拉应力力，则要要加长法法兰的加加劲板，，加劲板板长了，，螺栓也也要加长长，用钢钢量又会会上升。。厚型锻造造法兰双双层法法兰反反向法兰兰③1.7.1反向平衡衡法兰创创新设计计过程50厚型锻造造法兰双双层法法兰反反向法兰兰反反向平平衡法兰兰优点：1）螺栓直直径小，，长度适适当，可可精确控控制预预拉力值值从而达达到抗疲疲劳和免免维护功功能（功功能比厚厚型锻铸铸法兰提提高）；；2）螺栓操操作间距距不受加加劲板影影响，螺螺栓布布置细密密紧凑，，法兰板板减薄；；④1.7.1反向平衡衡法兰创创新设计计过程51优点：3）减小钢钢材20%以上，同同时降低低法兰部部分每吨吨成品单单价60%；4）端铣铣加工面面减少；；5）对管壁壁无不利利作用；；6）焊接量量较少，，焊接便便利；7）已有适适当工艺艺措施保保证接触触面质量量。1.7.1反向平衡衡法兰创创新设计计过程厚型锻造造法兰双双层法法兰反反向法兰兰反反向平平衡法兰兰④521.7.2反向平衡衡法兰极极限承载载力试验验试验目的的判断反向向平衡法法兰节点点在设计计荷载情情况下是是否满足受力力要求对法兰节节点应力力、变形形做出评评估法兰节点点的失效效模式及及极限承承载力为设计提提供参考考依据，，并根据据需要对对设计提提出改进意见见531.7.2反向平衡衡法兰极极限承载载力试验验试验说明明——标高15.92m～57.92m段1:3模型GJ2节点管壁外径×厚度(mm)加劲板高度×厚度(mm)法兰板宽度×厚度(mm)螺栓个数螺栓直径螺栓预紧力(kN)钢管面积比钢管惯性矩比螺栓预紧力比缩尺模型FL2897×447×742×872M1240111FL31074×547×742×8108M1240111实际构件FL22690×12140×18120×2572M303558.9980.98.9FL33222×16140×18120×25108M303559.686.38.9541.7.2反向平衡衡法兰极极限承载载力试验验GJ2说明——加工图纸纸FL3FL2551.7.2反向平衡衡法兰极极限承载载力试验验GJ2说明——测试方方案3-3截面处处应变变片(S1~S3)6-6截面处处应变变片(S4~S6)节点根根部1-1截面处处应变变花(T1~T3)节点外外2-2截面处处应变变花(T4~T6)节点根根部4-4截面处处应变变花(T7~T19)节点外外5-5截面处处应变变花(T10~T12)合计：：6片应变变片，，12个应位移测测试：：WY1~WY3合计：：3个位移移计561.7.2反向平平衡法法兰极极限承承载力力试验验GJ2说明——加载方方案GJ2节点FL2和FL3的设计计弯矩矩荷载载值对对应的的千斤斤顶的的竖向向加载载值为为P=46KN。1:3缩尺后后，为为保证证截面面缩尺尺后的的应力力分布布及应应力水水平和和实际际构件件一致致，缩缩尺构构件上上的作作用力力、亦亦应按按比例例减小小。FL3FL2所以：：571.7.2反向平平衡法法兰极极限承承载力力试验验GJ2说明——加载方方案卧式加载加载分两个个阶段：第一阶段，，分级加载载到1.2倍设计荷载载(1.2x46=55kN)，然后卸载；；第二阶段，，分级加载载，直至试试件破坏。。581.7.2反向平衡法法兰极限承承载力试验验GJ2试验现象及及结果分析析三个位移测测点荷载-位移曲线1.2倍设计荷载载作用下，，钢管和法法兰节点的的刚度没有有发生突变变。卸载时时各位移测测点位移均均基本回弹弹至初始位位置，整个个试件处于于弹性状态态。1.52倍设计荷载载时，钢管管局部屈曲曲先于法兰兰节点破坏坏，说明法法兰节点强强度足够，，具备了相相当的安全全储备。1.52倍设计荷载载时，距FL3节点根部3.5m处受压区钢钢管发生局局部失稳。。该截面所所受弯矩为为775.4kN.m，为规范计计算所得钢钢管抗弯承承载力(739.6kN.m)的1.05倍。591.7.2反向平衡法法兰极限承承载力试验验GJ2试验现象及及结果分析析钢管截面测测点应力601.7.2反向平衡法法兰极限承承载力试验验GJ2试验现象及及结果分析析FL2节点法兰段段内钢管同同一截面测测点应力FL2节点法兰段段外钢管同同一截面测测点应力T7~T9测点在法兰兰螺栓预紧紧力施加之之后布置，，其应变值值反映的是该点点的应变的的变化量。。卸载时，，基本上线线性变化回回归至初始状态，，可知钢材材处于弹性性阶段。611.7.2反向平衡法法兰极限承承载力试验验GJ2试验现象及及结果分析析FL3节点法兰段段内钢管同同一截面测测点应力FL3节点法兰段段外钢管同同一截面测测点应力T1~T3测点在法兰兰螺栓预紧紧力施加之之后布置其其应变值反反映的是该点的应变变的变化量量。卸载时时，基本上上线性变化化回归至初初始状态，，可知钢材处处于弹性阶阶段。试件上下各各测点的应应变随荷载载增加而增增加，呈线线弹性变化化趋势。加载至1.2倍设计荷载载时，最大大Von-mises应力289.9MPa发生在T6点，所有试验测测点应力均均小于材料料屈服强度度。621.7.2反向平衡法法兰极限承承载力试验验GJ2试验现象及及结果分析析FL3节点法兰段段内钢管同同一截面测测点应力FL3节点法兰段段外钢管同同一截面测测点应力T1在0.87倍设计荷载载时应力不不再随荷载载增加而增增加，T1附近T4的荷载-应力曲线也也出现了拐拐点，说明明此时FL3节点受拉区区最外边的钢管壁壁已经不再再是受压顶顶紧状态，，但从外观观上钢管壁壁仍然贴紧并无脱开开迹象。0.87倍设计荷载载已大于荷荷载标准值值，出现这这种现象可能原原因是缩尺尺模型太小小，预拉力力施加不足足。631.7.3液压张拉器器研制规范背景1）《钢结构设计计规范》第7.2.2条规定，高高强螺栓预预拉力所以用扭矩矩对高强螺螺栓施加预预拉力使高高强螺栓的的预拉力值以及承承载能力值值降低2）扭矩、扭扭矩系数是是手段，最最终目的及及检验手段段的标准仍仍为预拉力值的的正确与否否；3）目前施工工验收规范范对预拉力力值的允许许偏差较大大；(如M30，10.9级螺栓预拉拉力范围为为325~390kN，偏差为-8％~9.9％）4）目前施工工验收规范范对扭矩系系数的允许许相对误差差在±15％左右。641.7.3液压张拉器器研制液压张拉器器的特点一、液压张张拉高强螺螺栓可以达达到相当大大的预拉力力。对于大大直径高强强螺栓栓，与用扭扭矩扳手相相比，明显显降低工人人劳动强度度。（如M30，10.9级，扭矩T=1.76kN∙∙m）二、与不同同的夹具配配套使用，，可解决紧紧固高强螺螺栓时工具具本身的固固定问题：：1.无加劲法兰兰高强螺栓栓连接，加加“””形支架固固定张拉器器；2.有加劲肋法法兰高强螺螺栓连接，，直接将拉拉力器压在在加劲板上上；651.7.3液压张拉器器研制液压张拉器器的特点3.支架与螺杆杆的灵活多多变。661.7.3液压张拉器器研制液压张拉器器的应用范范围1）镀锌高强强螺栓；2）仅扭矩系系数过期，，其它性能能符合标准准的高强螺螺栓；3）重复使用用多次的高高强螺栓；；4）刚接柱基基施加预拉拉力的锚栓栓；5）一般高强强螺栓。671.7.3液压张拉器器研制动画演示动画681.7.4调兵山风场场试验塔筒筒实体安装装及现场实实测实体安装安装中段准准备中段反向平平衡法兰对对接691.7.4调兵山风场场试验塔筒筒实体安装装及现场实实测实体安装安装上段试验塔筒安安装成功701.7.4调兵山风场场试验塔筒筒实体安装装及现场实实测实测目的测量反向平平衡法兰高高强螺栓使使用液压张拉器后螺螺栓的应力力状况，张张拉操作中预拉力损损失以及螺螺杆剪应力力大小及方向测量使用电电动扭矩扳扳手或使用用手动加力扳手时，，螺栓达到到设计预拉拉力值以及螺杆剪应应力大小及及方向测量风机发发电200小时后风机机塔筒法兰兰螺栓拉应应力变化状状况测量法兰加加劲板平衡衡面顶紧处处应力711.7.4调兵山风场场试验塔筒筒实体安装装及现场实实测安装阶段实实测721.7.4调兵山风场场试验塔筒筒实体安装装及现场实实测安装阶段实实测采点次数A-3C-1备注螺栓拉应力MPa平衡面附近压应力1--8702278-225469.3-46.4-0.0992--9282507-241油压500516.4-49.6-0.0963--9882715-291559.3-59.9-0.1074--10402780-278油压570572.7-57.3-0.1005--10562928-267拧紧603.2-55.0-0.0916--9012390-223卸压492.3-45.9-0.0937--15151892-201张拉松动螺栓后，扳手拧紧389.8-41.4-0.106预拉力损失14.0%预应力损失失后接近设计计预拉力注：M30螺栓设计预预拉力355kN对应拉应力力为502MPa731.7.4调兵山风场场试验塔筒筒实体安装装及现场实实测安装阶段实实测采点次数螺栓拉应力MPa平衡面附近压应力1469.3-46.4-0.0992516.4-49.6-0.0963559.3-59.9-0.1074572.7-57.3-0.1005603.2-55.0-0.0916492.3-45.9-0.0937389.8-41.4-0.106实测时单侧侧螺栓施加加预紧力，，平衡面附附近压应力力随着螺栓栓拉应力增增大而增大大，平衡面面压应力约约为测得螺螺栓拉力的的0.1倍，与计算算结果相符符。741.7.4调兵山风场场试验塔筒筒实体安装装及现场实实测安装阶段实实测采点次数A-3C-1备注螺栓拉应力MPa平衡面附近压应力7--15151892-201张拉松动螺栓后，扳手拧紧389.8-41.4-0.106使用扳手拧拧紧，螺栓栓拉力为设设计预拉力力的0.78倍时，剪应应力为90MPa，是螺栓拉拉应力(389.8MPa)的0.23倍，折算应应力是拉应力(389.8MPa)的1.08倍。实测所得使用扳扳手拧紧对对螺栓的扭扭转不利作作用与规范范吻合。使用手动加加力扳手(四人推动)螺栓拉应力力能达到389.8MPa，约为螺栓设设计拉应力力502MPa的0.8倍。751.7.4调兵山风场场试验塔筒筒实体安装装及现场实实测安装阶段段实测采点次数备注螺栓剪应力MPa螺栓拉应力MPa1-4106651513油压300-227-18.0311.7-0.0582-5708221970油压400-244-19.3405.8-0.0483-7289962483油压500-237-18.8511.5-0.0374-73310742533拧紧-348-27.6521.8-0.0535-6359412176卸压-341-27.0448.3-0.0606-84112212875油压570-408-32.3592.3-0.0557-85212102895拧紧-377-29.9596.4-0.0508-69910172428卸压-305-24.2500.2-0.048预拉力损失12.4%预拉力损失15.5%预应力损损失后接近设设计预拉力A-2螺栓761.7.4调兵山风风场试验验塔筒实实体安装装及现场场实测安装阶段段实测采点次数螺栓剪应力MPa螺栓拉应力MPa1-18.0311.7-0.0582-19.3405.8-0.0483-18.8511.5-0.0374-27.6521.8-0.0535-27.0448.3-0.0606-32.3592.3-0.0557-29.9596.4-0.0508-24.2500.2-0.048A-2螺栓使用液压压张拉器器张拉螺螺栓时，，螺栓中中剪应力力约为拉拉应力的的0.05倍，该剪剪应力由由螺杆与与螺母之之间的环环向静摩摩擦引起起。螺栓栓剪应力力很小，，基本处处于单向向受拉应应力状态态。771.7.4调兵山风风场试验验塔筒实实体安装装及现场场实测安装阶段段实测螺栓备注螺栓拉应力(MPa)A-3油压570572.7拧紧603.2卸压492.3A-2油压500511.5拧紧521.8卸压448.3油压570592.3拧紧596.4卸压500.2预拉力损失12.4%预拉力损失15.5%预应力损损失后接近设设计预拉力预拉力损失14.0%预应力损损失后接近设设计预拉力螺栓预拉拉力损失失随着张张拉力的的增大而而增大。。超张拉拉至500时，预拉拉力损失失约为12.4%；超张拉拉至油压压570，预拉力力损失约约15%。781.7.4调兵山风风场试验验塔筒实实体安装装及现场场实测发电200小时实测测风机调试试发电200小时后，，于5月9~12日对调兵兵山风力力发电场场65#、66#试验塔筒筒反向平平衡法兰兰螺栓检检测得到到以下结结果：①张拉器对对螺栓张张拉至325kN(设计预拉拉力355kN的0.91倍)时，梅花花扳手均均不能推推动。说说明所有有螺栓的的预拉力力满足《钢结构工工程施工工质量验验收规范范(GB50205-2001)》》要求求。。附录录B紧固固件件连连接接工工程程检检验验项项目目第第B.0.4条表表B.0.4螺栓栓预预拉拉力力值值范范围围(kN)螺栓规格(mm)M16M20M22M24M27M30预拉力值P10.9s99~113142~177175~215206~250265~324325~3908.8s62~78100~120125~150140~170185~225230~275②张拉拉器器对对螺螺栓栓张张拉拉至至设设计计预预拉拉力力355kN时，，两两座座试试验验塔塔筒筒反反向向平平衡衡法法兰兰360个螺螺栓栓中中有有21个螺螺栓栓梅梅花花扳扳手手能能推推动动(占全全部部螺螺栓栓的的5.8%)。说说明明5.8%螺栓栓预预拉拉力力有有所所减减小小。。791.7.4调兵兵山山风风场场试试验验塔塔筒筒实实体体安安装装及及现现场场实实测测发电电200小时时实实测测检测测过过程程中中对对这这21个预预拉拉力力不不足足的的螺螺栓栓超超张张拉拉，，螺螺母母拧拧紧紧卸卸压压预预拉拉力力损损失失后后螺螺栓栓预预拉拉力力为为螺螺栓栓设设计计预预拉拉力力355kN。少数数螺螺栓栓预预拉拉力力减减小小的的可可能能原原因因是是：：这这些些螺螺栓栓在在附附近近螺螺栓栓较较松松的的情情况况下下张张拉拉至至设设计计预预拉拉力力，，而而附附近近螺螺栓栓张张拉拉至至设设计计预预拉拉力力产产生生的的压压缩缩变变形形使使这这些些螺螺栓栓预预拉拉力力有有一一定定减减小小。。因此此在在螺螺栓栓张张拉拉施施工工过过程程中中，，应应严严格格按按施施工工过过程程张张拉拉到到位位，，尽尽可可能能避避免免先先张张拉拉的的螺螺栓栓在在后后张张拉拉螺螺栓栓的的作作用用下下预预拉拉力力减减小小。。801.7.5反向向平平衡衡法法兰兰疲疲劳劳试试验验试验验目目的的疲劳劳荷荷载载下下，，验验证证反反向向平平衡衡法法兰兰连连接接的的抗抗疲疲劳劳荷荷载载作作用用性性能能811.7.5反向向平平衡衡法法兰兰疲疲劳劳试试验验GJ1说明明———标高高36.92m～45.92m段1:2缩尺尺节点管壁外径×厚度(mm)加劲板高度×厚度(mm)法兰板宽度×厚度(mm)螺栓个数螺栓直径螺栓预紧力(kN)钢管面积比钢管惯性矩比螺栓预紧力比缩尺模型FL21345×670×960×1272M1690111厚法兰1328×6/61×2860M20155111实际构件FL22690×12140×18120×2572M303554.016.03.94厚法兰2690×12/120×5560M395994.0516.43.86821.7.5反向向平平衡衡法法兰兰疲疲劳劳试试验验GJ1说明明———加工工图图纸纸为了了对对比比，，此此处处设设一一原原设设计计厚厚型型法法兰兰HFL反向向平平衡衡法兰兰FL2831.7.5反向向平平衡衡法法兰兰疲疲劳劳试试验验GJ1说明明———测试试方方案案4-4截面面处处应应变变花花(T11~T12)5-5截面面处处应应变变片片(S6~S7)节点点根根部部1-1截面面处处应应变变花花(T1~T5)节点点外外2-2截面面处处应应变变花花(T6~T10)节点点钢钢管管3-3截面面处处应应变变片片(S1~S5)合计计：：7片应应变变片片，，12个应应变变花花位移移测测试试：：WY1841.7.5反向向平平衡衡法法兰兰疲疲劳劳试试验验GJ1说明明———加载载方方案案FL2极限限荷荷载载缩尺尺模模型型GJ1节点点FL2设计计弯弯矩矩荷荷载载值值对对应应的的千千斤斤顶顶的的竖竖向向加加载载值值为为P=256kN，疲疲劳劳试试验验最最大大加加载载力力70.1kN。1:2缩尺尺后后，，为为