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鋼結構抗疲勞的構造設計

發布者:建銘  發布時間:2019/5/25 7:35:31

 無論是從抗脆斷或抗疲勞的角度出發;都要求設 計者選擇應力集中程度低的構造方案。應力集中通常出現于結構表面的凹凸處和截劇的突變(包括孔洞造成的截面突變)處。因此在板的餅按中,能采用對接焊縫時就避免采用拼接板加角焊縫的方式。焊才二構件的節點板宜有連續光滑的困弧過渡段,如圖2-19a所示,圓弧半徑不小于60mm。如果用梯形節點板加此因弧過波段,在《鋼結構設計規范》附錄E中列為5類,而沒有圓弧過渡段的矩形節點板則為7類。前者的疲勞強度比后者高30%。如果節點板與構件的連接改為高強度螺栓,則既可免除過渡段加工的麻煩,又可改善疲勞性能。摩擦型高強度螺栓的連接在《規范》附錄E中列為2類。比7類高一倍多。但是要注意必須針對引起應力集中的實際原因來采取對策。如圖2-19b所示的困弧過渡并不能有效地減小應力集中程度,因為在縱剖面l一l的截面突變處沒有設置光滑過渡段,如果按縱剖面劇上虛線所示。將厚度改成漸變,效果會顯著得多。應力不均勻亦可由不當的細部構造所致。因2-20所示的梁柱焊接連接,如果在構造上設置了龐線所示的橫加勁肋,那么可認為梁冀緣應為是均勻的,來進行疲勞校核。反之,構造上來設置橫加勁肋時,由于拄冀緣的變形,平截面假定不再成立,不能把梁翼緣應力看傲是均勻的。這種應力不均勻的情形,設計規范一般都不考慮,應當用可靠的方法(如有限單元法)確定應力分布,以應力峰值確定應力傾來進行疲勞校核。顯然,為避免繁重的計算,以設置橫加勁肋為好。在梁端板通過螺栓與校翼緣連接的情形,如果螺栓間距較大而端板抗彎剛度不足時,類似問題亦可出現,如沒有構造措施糾正這種狀況時,梁端截面的疲勞校核應當計及應力集中系數。

盡量避免多條焊縫栩互交匯而導致高殘余拉應力的悄形。尤其是三條在空間相互港宜的焊縫交于一點時,將造成三軸拉應力的不利狀況。為此,在設計承受疲勞街載的受彎構件時,常將橫向加勁肋與構件的受按緣之間保持一段距離。一般取如50 -100(見GB50017第8.5.6條),如果是重級工作做吊車梁,則要求通過對加勁肋端部進行疲勞校核來確定這段距離。對于連接橫向支撐處的橫向加勁肋,可以把橫向加勁肋和受拉冀緣頂緊不焊,且將加勁肋切角,保持腹板與加勁肋50 -100mm不焊。
應力集中不可避免時,盡可能地將其設置于低應力區亦是抗疲勞構造設計的措施之一。采用多層翼緣的變截面焊接梁時,外層翼緣切斷處的應力集中總是存在的。在圖2?22中,A是理論切斷點,按靜力計算要求的切斷點是B(長度1,按現行CB 50017規范8.4.10條確定)。從疲勞校核的角度看,如果在B點處切斷的應力倆不能滿足,可以延伸長度1,到C點處切斷,如圖2-22a所示,使得在C點處的應力幅滿足疲勞校核的條件,此舉顯然要比地大梁截面可取。圖2-22b 中,是將焊縫延伸到按靜力計算要求的B點后,改用摩擦型商強螺栓來傳遞層問剪力的方案。摩擦型商強螺栓抗剪連接具有較好的疲勞性能,可大大提高梁的抗疲勞能力。所需螺栓數量以傳遞翼板全部內力為原則來決定。在施工中,宜先安裝高強螺栓,然后施焊縱向角餌縫。這種盡可能由強度計算而不是由疲勞校核來控制構件尺寸的思路應該滲透在結構設計中。
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