钢结构变截面压弯构件设计课件

钢结构变截面压弯构件设计武汉站结构设计QC小组二00八年十二月一、武汉站概况二、QC小组概况三、课题选择四、目标设定及可行性分析五、提出方案并确定最佳方案六、制定对策七、实施对策八、效果检查九、标准化与巩固措施十、总结与今后打算武汉站结构设计目录一、武汉站概况1.桥建合一：结构与桥梁一体化设计。2.多种结构形式组合而成：桥梁结构、桁架结构、网壳结构、框架结构、树枝结构等等。3.多种材料组合：不同等级钢材、不同标号混凝土、钢+混凝土。4.跨度大：最大跨度116m。5.连接关系复杂：结构之间的连接通过特殊结点和特殊构件组合结构进行连接。武汉站结构设计三、课题选择1.技术要求与设计现状武汉站结构设计屋面通过变截面V撑与拱结构连接主拱是变截面杆件概念：构件有缺陷；破坏受稳定控制。(例子：倒塌的积木；右下图受轴心压力的杆件失稳)

(1)结构设计需要计算杆件的稳定强度(2)武汉站面临变截面杆件屋面通过变截面V撑与拱结构连接三、课题选择2.结构设计规范的限制武汉站结构设计(1)规范在计算构件稳定时采用的主要方法《混凝土结构设计规范》GB50010-2002按照框架、排架确定计算长度，通过计算中附加偏心距考虑稳定强度《钢结构设计规范》GB50017-2003框架：通过梁、柱的刚度比确定计算长度，进而考虑稳定系数来计算稳定强度桁架：通过杆件平面、内外的连接关系确定计算长度，进而考虑稳定系数来计算稳定强度(2)规范计算方法的局限性武汉站结构的梁柱关系不明确，V撑并不是严格意义上的框架柱，而且相连的构件也不是严格意义上的框架梁。由于整个武汉站结构呈现复杂的三维特性，构件的平面内和平面外也难以区分。V撑的计算截面是变化的，每个截面的物理特性都是不同的，难以准确描述其物理量，如：截面积(A)、惯性矩(I)等等。三、课题选择2.结构设计规范的限制武汉站结构设计(3)确定课题武汉站的建筑造型和效果是项目的生命，结构应该配合建筑师完成建筑设计理念。必须维持变截面构件的形态，不改变建筑的外形。同时，由于结构设计规范中对变截面的构件的稳定强度验算没有提出具体方法，而武汉站又面临着现实的问题需要解决，因此QC小组成员提出：在武汉站设计中，需要对变截面杆件的设计提出可行的方法，并在设计中予以应用。通过理论上的初步分析和计算工具的功能分析，小组成员一致认为“钢结构变截面压弯构件设计”可作为QC小组活动课题。五、提出方案并确定最佳方案1.变截面构件计算的基本问题武汉站结构设计(1)构件的失稳破坏是由于初始缺陷引起的结构承载力降低。(2)变截面构件的稳定破坏与等截面杆件的破坏机理是一致的。(3)计算需要紧扣规范进行，需要l0、EA、EI等计算数据2.提出方案并比较优缺点(1)通过试验的方法，进行数据统计，结合等截面杆件的设计参数，对不同直径比的杆件提出可行的计算参数。

优点:可以直观的得到构件的稳定强度。缺点：需要进行大量的试验才能符合统计学上要求，才能符合设计使用的要求。

五、提出方案并确定最佳方案武汉站结构设计2.提出方案并比较优缺点(2)通过理论分析，进行数值积分，对构件进行精确的数学计算。优点:可以得到精确解。缺点：计算量太大，效率极低。(3)分别按照最大截面和最小截面的等截面杆件进行计算，按照长度加权取值或者平均值。优点:计算过程简化，而且有规范可用。缺点：没有一个准确的目标值，无法知道计算结果是否慢足要求，计算结果或者太保守造成浪费，或者结构的不安全。(4)按照面积等效进行计算(EA等效)。优点:可以准确求解轴压应力。缺点：弯曲应力计算不准确。(5)按照惯性矩等效进行计算(EI等效)。优点:可以准确求解弯曲应力。缺点：轴压应力计算不准确。(6)按照屈曲计算得到l0，同时按照等效的EAEI进行等截面计算优点:可以准确求解变截面构件各项物理特性，进而计算构件的稳定强度。缺点：每个杆件都需计算多项物理特性值，需要大量的计算资源，如：人力，软件的占用。

3.提出方案通过以上分析、比较，小组成员一致认为方案(6)为实现变截面杆件计算的最佳方案！五、提出方案并确定最佳方案武汉站结构设计4.最佳方案流程分析设计流程图选择需要计算的变截面构件确定构件两端的支座并建立变截面模型按照简支梁施加水平力q计算侧向位移f支座的选择对计算结果影响较大按照简支梁竖向力进行屈曲计算按照简支梁竖向力F计算竖向位移Δ计算等效EI

得到第一阶屈曲荷载值计算等效EA得到等效计算长度按照规范的等截面计算公式进行计算六、制定对策武汉站结构设计对策表序号要因对策目标措施地点负责人完成日1确定边界条件根据构件所连接的杆件确定边界条件得到边界条件1.进行整体模型计算2.弯矩大时按照固结计算3.弯矩小时按照铰接计算单位鲍华08.032构件计算分别计算等效值并进行构件计算等到计算需要的物理量并进行构件计算。应力比≤1.01.分别计算等效EA、EI、l02.进行构件计算单位陶勇08.05七、实施对策武汉站结构设计1.确定边界条件在SAP2000中进行整体模型计算(1)按照整体模型计算。(2)计算时，按照中间截面，等截面进行计算。(3)按照计算的固端弯矩进行判断边界条件变截面杆件简化为等截面杆件七、实施对策武汉站结构设计1.确定边界条件弯矩较小处，按照铰接支座考虑弯矩较大处，可按照固定支座考虑七、实施对策武汉站结构设计2.构件计算(1)按照实际构件截面建立模型。(2)施加水平荷载。施加水平力q计算等效EI

计算侧向位移f七、实施对策武汉站结构设计2.构件计算(3)施加竖向荷载。按照简支梁竖向力F计算竖向位移Δ计算等效EA得到第一阶屈曲荷载值得到等效计算长度l0(4)施加竖向荷载。七、实施对策武汉站结构设计2.构件计算(4)进行构件计算。八、效果检查武汉站结构设计2.将本设计方法写入了武汉站的研究报告，正在提交业主组织评审相关成果已经完成论文，被《建筑结构》收录八、效果检查武汉站结构设计通过开展QC活动，完成了武汉站“钢结构变截面压弯构件设计”目标结果结构应力比≤1.00.82设计方法找到合适的设计方法已经形成了完整的设计流程

效果检查表达到目标

九、标准化与巩固措施武汉站结构设计

提出了变截面构件计算的一个新方法，从计算的源头着手,有条理的解决了设计中的问题。并对相关成果进行了总结，制定了设计的基本流程，形成了报告和论文。通过本次活动，提高了设计水平，增强了面对新