中空钢结构载荷和阻力系数-中文翻译版

中空钢结构载荷和阻力系数-中文 翻译 阿房宫赋翻译下载德汉翻译pdf阿房宫赋翻译下载阿房宫赋翻译下载翻译理论.doc 版 中空钢结构载荷和阻力系数 设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 2000年11月10日 取代中空钢结构设计规范 1997年4月15日之前的所有版本 美国钢结构设计协会编制 美国钢结构设计协会的技术规范工作委员会指导 经美国钢结构设计协会董事会批准 美国钢结构设计协会 威克大道东路, 3100单元 芝加哥, 伊利诺斯 60601-2001 版权 ×c 2001 由 美国钢结构设计协会 保留所有权利。没有出版人的书面允许，不得对本书或本书的任何部分以任何形式复制。 本规范中所涉及到的相关信息，基本上是根据公认的工程原理和原则进行编制的，并且只提供一般通用性的相关信息内容。虽然已经提供了这些精确的信息，但是，这些信息在未经许可的专业工程师、设计人员或建筑工程师对其精确性、适用性和应用范围进行专业审查——————————————————————————————————————————————— 和验证的情况下、不得任意使用或应用于特定的具体项目中。本规范中所包含的相关材料，并非对美国钢结构设计协会的部分内容进行展示或担保，或者，对其中所涉及的相关人员进行展示或担保，并且这些相关信息用于任何一般性的或特定的项目时，不得侵害任何相关专利权益。任何人在侵权使用这些相关信息时，必须承担由此引起的所有相关责任。 必须注意:在使用其他机构制定的规范和 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 时，以及参照相关标准制定的其他规范和标准时，可以随时对本规范的相关内容进行修订或修改并且随后印刷发行。本协会对未参照这些标准信息材料，以及未按照标准规定在初次出版发行时不承担 在美国印刷发行 前言 美国钢结构设计协会出版的载荷及阻力设计规范是钢结构设计工作中常见的设计标准。因此，它在很多特殊结构设计的工作中是不适用的。美国钢结构设计协会出版的中空钢结构荷载及阻力设计规范是一个运用于中空型钢结构建筑的单独文件。符号及不常见问题解答列表在本规范中提供。 美国钢结构设计协会的技术规范工作委员会13(中空结构部分)负责对本规范进行修订。此外，美国钢结构设计协会的技术规范委员会专家已对本规范进行仔细研究、讨论、修改并通过了本规范。 读者须知，使用本规范中的数据或建议时，须有专业人员进行判断使用。本规范所包含的所有材料的出版不作为美国钢结构设计协会——————————————————————————————————————————————— (或任何其他编写人员)，本规范适用于常规或特殊设计使用。任何 使用此规范的人员需承担使用后所产生的一切责任。结构设计人员须 有结构工程师、建筑师或其他相关专业工程师职称，将本规范应用到 特定结构的专业知识范围内。 美国钢结构设计协会的技术规范工作委员会13(中空结构部分) D.R. Sherman, Chairman F.J. Palmer R. Kaehler C. Pierson L.A. Kloiber J.M. Ricles J.A. Packer S.A. Ashton, Secretary 对照参考钢结构载荷及阻力设计规范 此表提供了本规范中交叉引用到1999年12月27日颁布的钢结 构建筑载荷与阻力系数设计规范中的相关章节及附录。 2000 中空钢结构设计规范 1999 载荷与 阻力系数设计规范 1.1 范围 A1 1.2 材料 – 1. 钢结构 A3.1 2. 设计壁厚 – 1.3 载荷及其组合 ——————————————————————————————————————————————— A4 2.1 受拉杆件的有效面积 B3 2.2 局部压曲 – 1. 钢杆截面分类 B5.1 2. 塑性分析设计 B5.2 3. 地震应用设计 – 2.3 允许宽厚比 B7 3.1 设计张力强度 D1 4.1 有效长度及允许细长比 E1 4.2 设计受压强度应用 B5 5.1 设计抗弯曲强度应用 F1.1 5.2 设计抗剪强度 F2 5.3 塑性分析设计 F1.3 5.4 地震应用设计 – 6. 扭转构件 H2 7.1 在组合弯曲及轴向应力作用下的构件设计 H1 7.2 在组合扭转、剪切、弯曲和/或轴向应力作用下的构件设计 ——————————————————————————————————————————————— H2 8. 管截面的集中应力 K1 9.1 连接和紧固件的一般规定 J1, J3 9.2 焊缝 J2 9.3 其他连接要求 – 1. 剪切断裂强度Shear Rupture Strength J4.1 2. 张力断裂强度Tension Rupture Strength J4.2 3. 冲剪断裂强度Punching Shear Rupture Strength – 4. 偏心连接Eccentric Connections J5.1 9.4 管截面杆件到管截面杆件的桁架连接 – 10. 管截面杆件制作基本要求 M 符号 右边一栏目中的章节编号为首次使用符号所在位置的章节编号。 符号 定义 章节 A 用来计算有效面积 , in.2 (mm2) 2.1 Ag 构件横截面的毛截面积Gross area of cross-section, in.2 (mm2) 2.1 弦杆的毛截面积Chord gross area, in.2 (mm2) 9.4 Ae 拉杆有效面积, in.2 (mm2) ——————————————————————————————————————————————— An 净面积, in.2 (mm2) Aw 腹板面积, in.2 (mm2) B 矩形构件管截面总宽度, in. (mm) Bb 矩形管截面支杆桁架连接处总宽度,in.(mm) C 管截面扭力常数 D 圆形管截面构件的外部直径, in. (mm) Db 圆形管截面支杆桁架连接处外部直径, in. (mm) E 弹性模数, ksi (MPa) Fcr 临界曲应力Critical stress for column buckling, ksi (MPa) Fn 矩形管截面剪切阻力标称应力, ksi (MPa) Fu 管截面构件的特定最小抗拉强度, ksi (MPa) Fy 管截面构件的特定最小屈服应力, ksi (MPa) Fy1 管截面构件焊接部分的特定最小屈服应力ksi (MPa) Fyb 管截面构件支杆桁架连接处的特定最小屈服应力n, ksi (MPa) H 矩形管截面构件总高度, in. (mm) Hb 矩形管截面构件支杆桁架连接处总高度, in. (mm) K 受压构件有效长度因数 Lb 无支撑长度, in. (mm) Lpd 塑性分析时的限制侧面无支撑长度in. (mm) Mn 标称弯曲强度, kip-in. (N-mm) Mp 截面瞬间塑性Plastic moment of section, kip-in. (N-mm) Mr 截面瞬间屈服Yield moment of section, kip-in. (N-mm) ——————————————————————————————————————————————— Mu 要求弯曲强度, kip-in. (N-mm) Mur 圆形管截面构件需要产生的弯曲强度, kip-in. (N-mm) N 在集中应力下沿管截面长度方向的支承长度, in. (mm) Pn 标称轴向强度(N) Pu 要求轴向强度(N) Py 轴向屈服载荷(N) Q 有效面积因数 Q f 管截面连接构件压缩载荷阻力降低系数,桁架连接参数 Qq 桁架连接参数 Qβ 桁架连接参数 R f 暴露管截面构件风力折减系数 Rn 管截面连接构件标称阻力, kips (N) 2.1 2.1 5.3 1.3 9.2 6. 2.1 9.4 2.2.1 4.2 5.2 3.1 2.2.1 8.1 9.4 1.3 9.2 4.1 5.1 5.3 5.1 5.1 5.1 7.1 7.1 8.1 2.2.1 4.2 2.2.1 4.2 9.4 9.4 1.3 8. 9.4 S 截面弹性模量Elastic section modulus, in.3 (mm3) 5.1 Seff 薄壁矩形管截面有效截面弹性模量, in.3 (mm3) 5.1 Tn 标称扭转强度Nominal torsional strength, kips (N) 6.1 Tu 要求扭转强度Required torsional strength, kips (N) 7.2 U 剪切滞后因数,桁架连接参数 parameter used for truss connections 2.1 Vn 标称抗剪强度Nominal shear strength, kips (N) 5.2 Vu 要求抗剪强度Required shear strength, kips (N) ——————————————————————————————————————————————— 7.2 Z 塑性截面模量Plastic section modulus, in.3 (mm3) 5.1 a 必要恒定剪切应力梁长度Length of essentially constant shear in a beam, in. (mm) 5.2 b 矩形管截面翼缘平面宽度，可看作为B-3t, in. (mm) 2.2.1 b1 被焊接到管截面上的连接元件或板的宽度,in. (mm) 8.1 beoi 桁架连接参数 9.4 bgap桁架连接参数 9.4 c 矩形管截面的支杆连接桁架弯曲常数... 9.4 d 螺栓直径, in. (mm)9.1 f 应力, ksi (MPa) 4.2 g 位于支杆构件底部之间的间隙，并使用间隔K型连接器件, in. (mm) 9.4 h 矩形管截面侧面的平面宽度，可看为H-3t , in. (mm) 2.2.1 k 从集中应力点到管截面临界截面的距离, in. (mm) 8.1 l 部件长度, in. (mm)2.3 l 连接件长度, in. (mm) 2.1 r 旋转半径, in. (mm)2.3 ry 围绕y-轴旋转时的半径, in. (mm) 5.1 t 管截面设计壁厚，在1.2节已给出, in. (mm) 2.2.1 t1 焊接于管截面上的板或连接件厚度,in. (mm) 8.1 tb 管截面支杆构件的设计壁厚, in. (mm)9.4 xˉ 剪切滞后偏心率, in. (mm) 2.1 α 桁架连接参数 9.4 β 桁架连接参数 9.4 βeff 桁架连接参数 9.4 βeop 桁架连接参数 9.4 βgap 桁架连接参数 9.4 γ 桁架连接参数 9.4 φ 阻力因数 ε 桁架连接参数 9.4 λ 壁面宽厚比 2.2.1 λc 支柱长细比 4.2 λp 紧凑型截面最大壁面宽厚比 2.2.1 λr 非紧凑型截面最大壁面宽厚比 2.2.1 δ 桁架连接参数 9.4 1. 总则 1.1. 范围 本规范旨在被用于建筑物结构构件圆形和矩形的空心钢结构材截面(管截面HSS)设计。 管截面是:(1)棱柱结构形状，和(2)——————————————————————————————————————————————— 管符合几何公差、拉伸的要求和一个标准规范的化学要求的标准规范。矩形管截面包括有圆角的正方形和矩形截面，在合适的容许差值规范。只有非增强型非复合管截面适用于本规范。 本规范包括符号列表。 本规范制定基于美国钢结构设计协会《钢结构建筑载荷和阻力系数设计规范》(AISC，1999), 以下简称LRFD规范。在某些情况下，从LRFD规范采用的标准已被修改，以无量纲形式出现，并直接应用于矩形管截面，其中有两个接连板。对于不包括在本规范的情况下，在LRFD规范中的标准应适用。在地震应用，管截面的设计应满足AISC抗震规定的钢结构建筑(AISC，1997年)和地震规定补编第二版(AISC，2000)的要求。 1.2. 材料 1. 钢结构 管截面材料必须提供足够的证据以便能够证明符合以下ASTM标准中的一种标准的相关规定。 钢管、钢筋、热浸、镀锌、焊接和无缝标准规范， ASTM A53/A53M-99b Gr. B 圆形与异型冷成型焊接及无缝碳素钢结构管标准规范, ASTM A500-99 热成型焊接及无缝碳素钢结构管标准规范, ASTM A501-99 热成型焊接和无缝高强度低合金钢结构管标准规范, ASTM A618-99 冷成型焊接与无缝高强度，低合金结构钢管与增强耐大气腐蚀性——————————————————————————————————————————————— 标准规范, ASTM A847-99a 由制作者或合格的检测实验室做测试，符合ASTM A370，试验方法和定义钢制品机械测试的要求和管理规范认证化磨测试报告或认证报告应构成足够的证据符合上述的ASTM标准之一。如果有要求，制作者应提供一份申明书，说明该结构钢提供符合规定的等级要求。 2. 设计壁厚 设计壁厚t应在涉及所述管截面壁厚的计算中使用。当设计壁厚未知时，可用0.93倍的标称壁厚代替。 1.3. 载荷及其组合 标称载荷和因素载荷组合应按照规定下的结构设计或根据所涉及的条件，规定的适用的规范。在没有适用规范，载荷和因素载荷组合，包括冲击和起重机负载，应是那些在规定ASCE7。出于设计目的，规定适用的规范或ASCE7的载荷应取标称载荷。 如果适用建筑规范允许，风力作用在外部管截面投影面积上的应力可以用因子Rf或者类似的因数减小，但是仅适用于平面元件的截面。Rf的参考取值如下: (a) 对于圆形管截面, R f = 2/3. (b) 对于矩形管截面外部圆角半径大于或等于1.5倍风力作用的短边宽度时 (B), R f = 0.4 +1.6 B/H ? 2/3, 其中H是管截面的深度。对于其他条件下的矩形管截面, R f = 1.0. 2. 设计要求 2.1. 受拉杆件的有效面积 ——————————————————————————————————————————————— 受拉杆件的有效面积Ae应按照以下方式计算: (a) 对于焊接连接件应取连续周长, A = Ag , 其中 Ag是毛截面积， U = 1. (b) 对于同心节点板连接和开槽管截面, A = An , 其中 净面积An 在节点板的端部的总面积减去厚度和材料总宽度可得到开槽管截面，同时 在以上的 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 中, xˉ 是从焊接点到横截面的中心的垂直距离.也是 在用一个同心圆扣板的圆形管截面中， 在用一个同心圆扣板的矩形管截面中， (c) 对于有一对侧角撑板的矩形管截面连接构件中, A = Ag , 其中 Ag 毛截面积，并且 U 应当用公式2.1-2 中的B2计算，其中 l =在载荷方向上的连接杆长度, in. (mm) D =圆形管截面构件的外部直径, in. (mm) B =矩形管截面总宽度, in. (mm) H =矩形管截面总高度, in. (mm) 在使用实验或者其他合理条件时，略大的U值适用于上述的情况。对于另一端的连接杆件，U值应该通过实验或其他合理的标准来确定。 2.2. 局部压曲 1. 钢截面分类 局部压曲时的管截面可根据极限宽度厚度比λp 和 λr(见表2.2-1)分为紧凑的、非紧凑的或细长的横截面。紧凑型管截面的管壁——————————————————————————————————————————————— 宽厚比 λ 一定小于或者等于λp . 如果宽厚比系 数 λ 大于 λp， 但是小于或者等于 λr ， 那么这个管截面是非紧凑型。如果宽厚比系数 λ 大于 λr ，那么这个管截面是细长型截面。 管壁的宽厚比系数λ应当按照如下计算: (a) 对于圆形管截面， λ = D/t , 其中 D 是管壁外直径，t是管壁厚度。这个规范紧限用于圆形管截面，并且λ小于或等于0.448E/Fy，其中E是弹性模数，Fy是管截面构件的特定最小屈服应力。 (b) 对于矩形管截面的翼缘， λ = b/t , 其中 b 为腹板之间的距离减去位于每个侧面上内部方角半径，t是管壁厚度。如果内角半径为未知数时，b必须等于外部尺寸减去三倍的厚度。这种厚度t是设计壁厚。 (c) 对于矩形管截面的腹板, λ = h/t , 其中 h为翼缘之间的距离减去位于每个侧面上内部方角半径，t是管壁厚度。如果内角半径为未知数时，h必须等于外部尺寸减去三倍的厚度。这种厚度t是设计壁厚。 2. 设计塑性分析 2.2-1. 3.地震应用设计 在地震应用中，λ应该符合AISC抗震规定的钢结构建筑(AISC，1997年)和地震规定补编第二版(AISC，2000)的要求。 2.3. 允许宽厚比 ——————————————————————————————————————————————— 在受压杆件中，宽厚比K l/r最好不应该超过200. 在受拉杆件中，宽厚比 l/r 最好不应该超过300。杆件主要是受拉杆件， 但是在受到其他载荷作用下产生压力，不一定满足受压允许宽厚比。 对于支撑杆件在地震中的应用 l/r应该符合AISC抗震规定的钢结构建筑(AISC，1997年)和地震规定补编第二版(AISC，2000)的要求。 3. 受拉杆件 3.1. 设计张力强度 设计张力强度φt Pn 必须按照张力屈服的极限状态所获得的较小的数值，并且在总的截面上，以及在净截面上的张力的断裂时的相关数值。 (a) 在毛截面上的张力屈服: (b) 在净有效截面的张力断裂: 其中 Ae = 有效面积, in.2 (mm2) Ag = 管截面的毛截面积, in.2 (mm2) Fy = 特定最小屈服应力, ksi (MPa) Fu =特定最小抗拉强度, ksi (MPa) Pn =标称轴向强度, ksi (MPa) 4. 支柱和其他受压杆件 4.1. 有效长度及允许细长比 ——————————————————————————————————————————————— 1. 有效长度 受压杆件的有效长度因子K应当通过下列结构分析计算取值: (a) 将管截面支杆构成的桁架围绕着周长焊接到连续管截面弦杆部分，有效长度因子K用来修正面板之间的距离，或者桁架横向支撑的平面外屈曲位置之间的距离。K不应当小于: 支杆构件取值:K = 0.75 弦杆构件取值:K = 0.9 (b) 当管截面支杆构成的桁架无法满足章节4.1.1(a)中的要求时，或者非管截面构成的桁架被连接到连续管截面弦杆部分时，有效长度因子K被用来修正面板内面屈曲点之间的距离，K不应小于: 支杆构件取值:K = 1.0 弦杆构件取值:K = 0.9 (c) 当框架的横向稳定性是由对角线支撑，剪力墙或等效方式提供时，K应当统一取值为1，除非结构分析证明更低的K值可用。 (d) 当框架的侧面稳定性由连接梁或支柱的弯曲硬度提供时，K应当通过结构分析确定。 2. 塑性分析设计 塑性分析设计在支柱细长比λc小于或者等于1.5K，并且无支撑的支柱框架所受的轴向力为重力和横向载荷分解在轴向上的力，不超过φc 与 0.75Fy Ag的乘积。 4.2. 设计耐压强度 弯曲拉紧杆件的设计耐压强度是 φc Pn . φc = 0.85 Pn = Fcr Ag (4.2-1) ——————————————————————————————————————————————— Fcr计算过程如下: (a) 对于 λc ? 1.5, (b) 对于λc ?? > 1.5, 其中 Q 的计算过程如下: (a) 当 λ ? λr 参考章节 2.2, Q = 1 (b) 当 λ> λr 参考章节2.2, (i) 对于圆形管截面中 λ< 0.448E/Fy , (ii) 对于矩形管截面, 其中，有效面积为有效边面积之和。 其中f = ???? ???? 5. 横梁和其他弯曲构件 5.1. 设计弯曲强度 设计弯曲强度 φb Mn 必须符合以下规定: φb = 0.90 (a) 对于圆形管截面， 当 λ ? λp时 参考章节 2.2, Mn = Mp = Fy Z (5.1-1) (i) 当 λp <λ ? λr时， (ii) 当 λr <λ ? 0.448E/Fy 时， (b) 对于矩形管截面，当 λ ? λp时，参考章节 2.2， Mn = Mp = Fy Z (5.1-4) (i) 当 λp <λ ? λr时， 其中 Mr = FyS (ii) 当 λ> λr 时， ——————————————————————————————————————————————— Mn = Fy Seff (5.1-6) 其中 Seff 为有效截面模量，并且具有专长受压翼缘的有效宽度如下:Lb 并不限定为通过弹性分析设计的管截面结构。 5.2. 设计抗剪强度 非加劲的管截面设计抗剪强度φv Vn 必须符合下列规定: φv = 0.9 (a) 对于圆形管截面， Vn = ?????????? 2 (5.2-1) 其中 Fcr 应当稍大于 但不应该超过 0.6Fy，并且a是从零到最大剪切应力之间的距离。 (b) 对于矩形管截面， Vn = Fn Aw (5.2-3) 其中 Fn 必须符合以下规定: (i) 当 h/t ? 2.45, ?? Fn = 0.6Fy (5.2-5) (ii) 当 2.45 ?? < h/t ? 3.07 ??时， 0.6Fy (2.45 ?? )/(h/t ) (5.2-6) (iii) 当 3.07 ??< h/t ? 260时， Fn = 0.458π 2 E/(h/t )2 (5.2-7) 5.3. 塑性分析设计 ——————————————————————————————————————————————— 塑性分析设计可用于紧凑型圆形管截面中λ 小于或者等于 0.0448E/Fy，以及矩形管截面中λ 小于或者等于 λp。参见章节2.2。 当矩形管截面长轴弯曲，邻近塑胶铰链位置的受压翼缘的横向无支撑长度Lb不应该超过Lpb(限制侧面无支撑长度)，其中 并且 Fy = specified minimum yield stress, ksi (MPa) M1 =无支撑长度末端的较小力矩, kip-in. (N-mm) M2 = 无支撑长度末端的较大力矩, kip-in. (N-mm) ry = 短轴的回转半径, in. (mm) 当力矩导致反向曲线以及单曲率为负数时，M1/M2时正值。 5.4. 抗震设计应用 抗震设计应该符合AISC抗震规定的钢结构建筑(AISC，1997年)和地震规定补编第二版(AISC，2000)的要求。 6. 扭转构件 6.1. 设计抗扭强度 设计抗扭强度 φT Tn 必须符合以下规定: φT = 0.90 Tn = Fcr C (6.1-1) 其中C是管截面扭转常数。 Fcr必须符合下列规定: (a) 对于圆形管截面，Fcr必须大于 但不得大于 0.6Fy。 ——————————————————————————————————————————————— (b) 对于矩形管截面 (i) 对于 h/t ? 2.45 ?? Fcr = 0.6Fy (6.1-3) (ii) 对于2.45 ?? < h/t ? 3.07 ?? Fcr = 0.6Fy (2.45 ??)/(h/t ) (6.1-4) (iii)对于 3.07 ?? < h/t ? 260, Fcr = 0.458π 2 E/(h/t )2 (6.1-5) 7. 组合外力下的构件设计 7.1. 在组合弯曲及轴向应力作用下的构件设计 位于合成构件内的轴向应力及弯曲之间的相互作用性能，必须按照公式7.1-1和7.1-2设计。 (a) 当 Pu/φ Pn ? 0.2时， (b) 当 Pu/φ Pn < 0.2时， 其中， Pu = 所要求的轴向耐压强度, kips (N) Pn = 有效的轴向耐压强度，参照章节s 3.1 or 4.2, kips (N) Mu = 所要求的弯曲强度， kip-in. (N-mm) Mn = 有效的弯曲强度, kip-in. (N-mm) x = 强轴弯曲相关符号脚标 y = 弱轴弯曲相关符号脚标 受拉杆件φ = φt 受压杆件φ= 0.85 ——————————————————————————————————————————————— φb = 0.90 对于圆形管截面双轴弯曲For biaxial flexure of round HSS that are laterally unbraced along their length and with end conditions such that the effective length factor K is the same for any direction of bending, the design is permitted to be based upon a single resultant moment Mur , where: Mur = ,M2 2 (7.1-3) 相对应的，LRFD载荷组合(见附录H3b)同样适用。 7.2. 在组合扭转、剪切、弯曲和/或轴向应力作用下的构件设计 当要求的扭转强度较显著，构件承受的组合扭转、剪切、弯曲及 轴向应力作用必须限制于公式 7.2-1: 其中 Pu =所要求的轴向强度使用LRFD载荷组合, kips (N) Pn = 设计张力或耐压强度由章节3.1或 4.2决定, kips (N) Mu = 所要求的弯曲强度使用LRFD载荷组合, kip-in. (N-mm) Mn = 略小于 Fy S， Mn 设计弯曲强度由章节5.1确定, kip-in. (N-mm) S = 截面弹性模量 Vu = 所要求的抗剪强度使用LRFD载荷组合, kips (N) Vn = 标定抗剪强度参见章节5.2, kips (N) Tu = 要求扭转强度, kip-in. (N-mm) ——————————————————————————————————————————————— Tn =标定扭转强度参见章节 6, kip-in. (N-mm) 受拉杆件:φ = φt 受压杆件φ= 0.85 φb = φv = φT = 0.90 8. 管截面上的集中应力 设计强度 φ Rn 位于集中应力未加强管截面应当在计算时参照章节 8.1 至8.3的要求。 8.1. 集中应力横向分布 当一个集中应力横向作用于管截面的轴向方向时， 设计强度φ Rn应遵循以下规则: (a) 对于圆形管截面， φ = 1.0 其中 b1 = 应力受力宽度, in. (mm) Qf = 1 (对于受拉管截面) = 1 ? 0.3 f/Fy ? 0.3( f/Fy )2 ? 1 (对于受压管截面) f = 管截面受集中应力的轴向力弯曲幅度最大值, ksi (MPa) (b) 对于矩形管截面， φ = 1.0 其中 b1 =受力面宽度, in. (mm) t1 =受力面管壁厚度, in. (mm) ——————————————————————————————————————————————— Fy1 = 受力面的特定最小屈服应力, ksi (MPa) (i) 当作用力被分布到矩形管截面整个宽度时，腹板屈服极限状态应检查拉力和压缩力。腹板断裂极限应该检查压缩力。 对于局部腹板屈服， φ = 1.0 Rn = 2Fyt (5k + N ) (8.1-3) 对于腹板断裂， φ = 0.75 Rn = 1.6t 2[1 + 3N/ h] ??(8.1-4) 其中 k = 管截面的外角半径，在未知数时可用1.5t , in. (mm) N =在集中应力下沿管截面长度方向的支承长度, in. (mm) h =矩形管截面侧面的平面宽度, in. (mm) (ii) 当应力在矩形管截面的横向分布宽度大于0.85B 但小于 B ? 2t 时, 设计强度不应该超过 φ Rn , 其中 φ = 1.0 Rn = 0.6Fyt (2t1 + 2bep ) (8.1-5) 其中 bep = 10b1/(B/t ) ? b1 (iii) 当压缩力与矩形管截面重合时，腹板的临界压缩屈曲应该被检查，并且设计强度不应该超过φ Rn ，其中 φ = 0.90 8.2. 集中应力在管截面中心面上的纵向分布 ——————————————————————————————————————————————— 当集中应力纵向分布作用在管截面轴线中心面上时，设计强度φ Rn 应当遵循以下规定设计: (a) 对于圆形管截面， φ = 1.0 Rn = 5Fyt 2(1 + 0.25N/D)Qf (8.2-1) (b) 对于矩形管截面， φ = 1.0 其中 t1 是受力面的厚度。 8.3. 集中轴向力作用在带盖板的矩形管截面的尾端 当一个集中应力沿轴向作用于带有盖板的管截面尾部时，设计强度φ Rn 应该由每一个受力面决定。相应的部分壁面屈服极限应当检查拉力和压缩力，而壁面断裂极限应该检查压缩力。 对于局部壁面屈服， φ = 1.0 Rn = (5t1 + N )Fyt ? B Fy t (8.3-1) 对于壁面破裂， φ = 0.75 其中 t1 = 盖板的厚度, in. (mm) N = 在集中应力下沿管截面长度方向的支承长度, in. (mm) 9. 连接和紧固件 9.1. 连接和紧固件的一般规定 ——————————————————————————————————————————————— LRFD规范中章节J1.1 至章节 J1.11以及LRFD规范中螺栓和螺纹部分章节J3.1 至章节 J3.11 应当结合以下附加及修订内容使用。 1. 穿过式螺栓 当连接类型为螺栓完全穿过非刚性的管截面，螺栓应当在安装时保证是贴合密封状态，并且连接可被看作为一个轴承型连接，每部分管壁承重强度为φ Rn ，其中 φ = 0.75 Rn = 1.8Fydt (9.1-1) 其中 Fy =管截面构件的特定最小屈服应力, ksi (MPa) d = 螺栓直径, in. (mm) t = 管截面管壁厚度, in. (mm) 2. 特殊接头 相比于螺栓在LRFD规范中的设计表格，特殊接头的设计强度应当通过实验来确定。 3. 张力接头 当螺栓或者其他接头由于张力被固定到一个管截面管壁上时，管截面管壁强度应当有结构分析确定。 9.2. 焊接 在管截面杆件-管截面杆件的连接处，容易产生不均匀的载荷传递。由于管截面管壁的相对柔性。因此，类似的连接问题是值得注意的。在这种情况中，应该根据LRFD 规范中 ——————————————————————————————————————————————— 的相关规定确定角焊缝强度(根据章节J2.4确定，不包括附录J2.4)。有效焊缝长度和角焊缝应该符合以下规定: (a) 根据章节9.4，矩形管截面的T型、Y型和四通型连接 Le = 2Hb + Bb，当 , ? 50度时 (9.2-1) Le = 2Hb，当 , ? 60度时 (9.2-2) 在50-60度之间的Le值，可通过线性插值计算。 (b) 根据章节9.4，矩形管截面有缝隙的K型连接, Le = 2Hb + 2Bb，当 , ? 50度时 (9.2-3) Le = 2Hb + Bb，当 , ? 60度时 (9.2-4) 在50-60度之间的Le值，可通过线性插值计算。 (c)当一个横向板被焊接于一个管截面表面时 其中 Hb =矩形管截面构件支杆桁架连接处总高度, in. (mm) Bb =矩形管截面支杆桁架连接处总宽度, in. (mm) , = 弦杆和支杆之间的锐角角度 B =弦杆壁到被焊接板的宽度, in. (mm) b1 = 被焊接板宽度 in. (mm) t = 弦杆壁厚度 in. (mm) t1 = 被焊接板厚度, in. (mm) Fy = 管截面屈服应力, ksi (MPa) Fy1 = 被焊接板屈服应力, ksi (MPa) 综上所述，允许其他相关设计标准。 ——————————————————————————————————————————————— 9.3. 其他连接要求 以下内容是对LRFD规范中章节J4和J10中已有规定的补充和修正。 1. 剪切断裂强度 相邻的管截面管壁上的角焊缝的设计剪切断裂强度φ Rn如下， φ = 0.75 Rn = 0.6FutL (9.3-1) 其中 t = 管截面管壁厚度 in. (mm) L = 焊缝长度, in. (mm) 2. 拉伸断裂强度 相邻的管截面管壁上的角焊缝的设计拉伸断裂强度φ Rn如下， φ = 0.75 Rn = FutL (9.3-2) 其中 t = 管截面管壁厚度 in. (mm) L = 焊缝长度, in. (mm) 3. 冲压剪切断裂强度 当一个面板平行于一个管截面的轴线，并且管壁为平行载荷承受体，但是管截面管壁平行或垂直方向存在偏心率。 φt ftp ? 1.2φv Fut (9.3-3) 其中 ——————————————————————————————————————————————— φv = 0.75 φt = 0.90 f =面板垂直于管截面管壁处的最大压力, ksi (MPa) tp = 面板厚度, in. (mm) Fu =管截面构件的特定最小抗拉强度, ksi (MPa) t = 管截面管壁厚度, in. (mm) 4. 偏心连接 对于通过焊接支杆到弦杆上的管截面组成的桁架，章节9.4种讨论了在不考虑力矩连接设计的极限状态偏心率(未涉及杆件疲劳状态)。疲劳状态下的杆件应用请参考AWS章节D1.1。 9.4. 管截面杆件-管截面杆件桁架连接 管截面杆件-管截面杆件桁架连接的定义是包括一个或多个支杆构件的连接，此连接直接焊接在一个通过连接的延续弦杆上，有以下几种分类。 (a) 当一个支杆的重压力由弦构件中的梁剪切来平衡时，这样的连接就是T字形连接，当支杆与弦杆垂直时是Y形连接。 (b) 当一个支杆的冲压力主要由在连接同一侧的其他弦构件来平衡时，此连接是K形连接。相关的差距在载荷平衡的基本支杆构件中。N型连接也可看作是K型连接的一种。 (c) 当冲压力通过弦构件来传送并且由在相反方向的弦构件来平衡时，此连接划分为四通连接。 当一个支杆传送压力的方式既有K型连接，也有部分T型连接、——————————————————————————————————————————————— Y型连接和四通连接型时，设计强度应当通过每部分的比重确定。 依照该规范的目的，支杆的中线和弦构件将取决于一个平面。矩形管截面杆件连接更局限于将所有构件定向为与平行于平面的壁。对于管截面杆制成的桁架，通过焊接支杆构件到弦构件上，偏离应用范围的，允许不考虑合力矩的连接设计。 1. 参数定义 β = 宽度比; 支杆与弦杆的直径之比 = Db/D 对于圆形管截面; 支杆总宽度与弦杆宽度之比 = Bb/B 对矩形管截面. βeff =有效宽度比;K连接两个支杆构件被分成8份的弦杆宽周长的总和。 γ = 弦杆长细比;直径的一半与墙厚的比率=圆形管截面杆件的D/2t;宽度一半与墙厚度的比率=矩形管截面的B/2t。 ε = 载荷长度参数，仅适用于矩形管截面杆件;与连接在同一平面的支杆长度与弦杆宽度的比率= N/B，其中N = Hb/sin ,，, 支杆与弦杆之间的锐角度。 δ = 间隙比率;在有间隙的K型连接的间隙与弦杆宽度的比率g/D =矩形管截面的杆件 的个/B。 2. 圆形管截面杆件的标准 支杆在分别受到轴向力和弯曲作用时的设计强度 φ Pn 和/或 φ Mn，需要通过弦杆壁临界塑性、冲压剪切断裂以及倒塌情况来确定。 ——————————————————————————————————————————————— 当弦构件力与局部支杆连接力产生交互压力时，会通过弦杆压力的相互作用参数Qf合成一体。Qf的计算过程如下: Qf = 1.0 ? λγ U 2 (9.4-1) 其中U是由下方公式得出的实用比 λ= 0.030 支杆受到轴向作用力 = 0.044 支杆受到板内弯力 = 0.018 支杆受到板外弯力 Pu = 弦杆所需轴向力, kips (N) Ag = 弦杆毛截面积, in.2 (mm2) Fy = 弦杆屈服强度, ksi (MPa) Mu = 弦杆及其连接处较大所需抗弯强度, kip-ft (N-mm) S = 弦杆截面弹性模数, in.3 (mm3) 2a. 应用范围 当连接配置中有如下使用界限时，此标准才能使用: (1) 接缝背离: ?0.55D ? e ? 0.25D，其中D 是弦杆的直径，e是正相反的支杆 (2) 支杆角度: , ? 30? (3) 弦杆壁长细比:在T型、Y型和K型连接中，直径与壁厚的比率小于或等于50;四通连接中小于或等于40 (4) 宽度比率: 0.2 < Db/D ? 1.0 (5) 缝隙连接:g大于或等于支杆壁厚度的总和 2b. 轴向载荷的支杆 ——————————————————————————————————————————————— 在T型、Y型和缝隙型K型连接中，根据弦杆软化和剪切屈服(冲压)的极限状态，支杆的设计强度φ Pn应当使用较低的值。 对于在四通连接中，根据弦杆软化和剪切屈服(冲压)的极限状态，支杆的设计强度φ Pn应当使用最低的值。 (a) 根据弦杆软化的极限状态 φ = 0.80 Pn sin ζ = t 2 Fy *6πβ Qq +Qf (9.4-3) 其中 (i) 对于 β ? 0.6，Qβ = 1.0 (ii) 对于 β> 0.6，??β=β1?0.833β 0.3 α = 弦杆椭圆度参数 = 1.7 对于T型和Y型连接 = 1.0 + 0.7g/Db, 1 ? α< 1.7 对于有缝隙的K型连接 = 2.4 对于四通连接 (b) 根据弦杆剪切屈服(冲压)的极限状态 φ = 0.95 Pn sin ζ = π Dbt (0.6Fy ) (9.4-4) (c) 根据一般倒塌极限状态, φ = 0.80 Pn sin ζ = 1.8t 2 Fy (1.9 , 7.2β)Qβ Q f (9.4-5) 2c. 弯曲作用下的杆件 ——————————————————————————————————————————————— 在T型、Y型、缝隙型K型连接和四通连接中，根据弦杆软化和剪切屈服(冲压)的极限状态，支杆的设计强度φ Pn应当使用较低的值。 (a) 根据弦杆软化的极限状态 φ = 0.80 Mn sin ζ = t 2 Fy *Db/4+*6πβ Qq +Qf (9.4-6) 其中 (i) For β ? 0.6， Qβ = 1.0 (ii) For β> 0.6， ??β=0.3 β 1?0.833β α = 弦杆椭圆度参数 = 0.67 对于面内弯力 = 1.5 对于面外弯力 对于面内与面外弯力相结合的情况， α 值应该取决于插值，并且 Qf 值应该取决于λ。 (b) 根据弦杆剪切屈服(冲压)的极限状态 φ = 0.95 Mn sin ζ = D2t (0.6Fy ) (9.4-7) 2d. 在组合弯曲及轴向应力作用下的支杆 在组合弯曲及轴向应力作用下的管截面杆件-管截面杆件组成的桁架需要慢如以下设计要求: 其中 Pu = 支杆要求轴向强度, kips (N) ——————————————————————————————————————————————— Mu = 支杆要求抗弯强度, kip-ft (N-mm) 3. 矩形管截面杆件的标准 支杆在分别受到轴向力和弯曲作用时的设计强度 φ Pn 和/或 φ Mn，需要通过弦杆壁临界塑性、冲压剪切断裂以及倒塌情况来确定。 当弦构件力与局部支杆连接力产生交互压力时，会通过弦杆压力的相互作用参数Qf合成一体。Qf的计算过程如下: Qf = 1 当弦杆承受拉力时 = 1.3 ? 0.4U/β ? 1 (9.4-9a) 在T型、Y型和四通连接中有压力的弦杆 = 1.3 ? 0.4U/βeff ? 1 (9.4-9b) 在有缝隙的K型连接中有压力的弦杆 其中， 其中 Pu = 弦杆所需轴向力, kips (N) Mu = 弦杆所需抗弯强度, kip-ft (N-mm) 3a. 应用范围 当连接配置中有如下使用界限时，此标准才能使用: (1) 接缝背离: ?0.55H ? e ? 0.25H，其中 H是弦杆的深度，e是正相反的支杆 (2) 支杆角度: , ? 30? (3) 弦杆壁长细比:弦杆和支杆的总壁宽度与厚度的比率小于或——————————————————————————————————————————————— 者等于35 ，同时受压支杆小于或者等于1.25,E/Fyb (4) 强度:弦杆和支杆的强度Fy小于或者等于52 ksi (360 MPa) (5) 弦杆与支杆的纵横比:0.5 ? 高与宽的比例 ? 2.0 (6) 延展性: Fy/Fu ? 0.8 (7) 其他运用限制参照具体标准 3b. 在T型、Y型和四通连接中轴向载荷的支杆 对于T型、Y型和四通连接，根据弦杆壁软化、剪切屈服(冲压)、侧墙强度和取决于不平衡载荷分布的局部屈服极限状态，支杆φ Pn的设计强度或是支杆的许可强度应该取最小值。此外，在章节9.4.3a中提到，β 不应当小于0.25。 (a) 弦杆软化的极限状态 当β> 0.85时，此极限状态不必检测。 (b) 对于剪切屈服(冲压)的极限状态， φ = 0.95 Pn sin ζ = 0.6FytB*2ε , 2βeop+ (9.4-12) 在计算公式中，有效外冲压直径βeop = 5β/γ 不应当超过β。 当β> 1 ? 1/γ 或者 β< 0.85时，此极限状态无需检测。 (c) 对于侧壁力的极限状态，支杆承受拉力时的可用强度应该看成侧壁局部屈服的可用强度。对于侧壁的极限状态，支杆处受压时的可用强度应该比侧壁局部屈服和侧壁局部极限低。 当弦杆构件和支杆构件的宽度一样时，此极限状态不必检测 (β = 1.0)。 ——————————————————————————————————————————————— (i) 对于局部屈服极限状态 φ = 1.0 支杆受拉力作用 = 0.8 支杆受压力作用 Pn sin ζ = 2t Fy (5k , N ) (9.4-13) 其中 k = 管截面杆件的外圆角半径，未知情况下可取为1.5t in. (mm) N = 弦杆支承长度，与管截面杆件的只要构件主线轴平行，Hb/sin , , in. (mm) Hb =支杆高度， in. (mm) (ii) 在T型和Y型连接中侧墙局部折曲的极限状态 φ = 0.75 Pn sin ζ = 1.6t 2*1 , 3N/H +,E Fy Qf (9.4-14) (iii) 在四通连接中侧墙局部折曲的极限状态 (d) 对于不均衡载荷分布的局部屈服极限状态 φ = 0.95 Pn = Fybtb [2Hb + 2beoi ? 4tb ] (9.4-16) 其中 Fyb = 支杆屈服强度， ksi (MPa) tb = 杆壁厚度， in. (mm) 当β< 0.85时，此极限状态不必检测。 3c. 在有缝隙的K型连接中轴向载荷的支杆 对于有缝隙的K型连接，根据弦杆壁软化、剪切屈服(冲压)、——————————————————————————————————————————————— 侧墙强度和取决于不平衡载荷分布的局部屈服极限状态，支杆φ Pn的设计强度或是支杆的许可强度应该取最小值。其他限制要求在章节9.4.3a中提到，应遵循如下限制要求: (1) Bb/B ? 0.1 + γ /50 (2) βeff ? 0.35 (3) ξ ? 0.5(1 ? βeff) (4) 较小的Bb大于支杆壁厚的0.63倍 (a) 弦杆软化的极限状态 φ = 0.90 Pn sin , = Fyt 2[9.8βeff?γ ]Qf (9.4-18) (b) 对于剪切屈服(冲压)的极限状态 φ = 0.95 Pn sin ζ = (0.6Fy )tB*2ε , β , βeop+ (9.4-19) 只有当 Bb < B ? 2t，或者支杆不是正方形时，此极限状态方须检查。 (c) 在缝隙中弦杆剪切屈服的极限状态，有效强度应该根据章节5.2.部分检测。此极限状态仅在弦杆不是正方形是检测。 (d) 对于载荷不均匀分布情况下的极限状态 φ = 0.95 Pn = Fybtb [2Hb + Bb + beoi ? 4tb ] (9.4-20) 其中 此极限状态仅在弦杆不是正方形是检测。 ——————————————————————————————————————————————— 3d. 弯矩作用下的支杆 悬臂梁、无支撑框架的侧移，以及其他结构中，基本弯矩Mu取决于施加的载荷，被认为是在设计作为一个额外的轴向拉伸或压缩载荷。 ??????????= (9.4-22) 其中 c = N/4 在面内弯载荷作用下 c = Bb/4在面外弯载荷作用下 10. 管截面制备的一般要求 以下的要求是对LRFD规范中章节M已有要求的补充。 (1) 当管截面用于 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 期间或者维修期间收集水的时候，需要在底部配置一个排水孔，或者通过其他方法加以保护。 (2) 管截面应当用适合的溶剂进行清洗，如果管截面涂料为LRFD标准中章节M3.1中的涂料。 (3) 管截面的焊接位置应当用指定的溶剂进行清洗。 ———————————————————————————————————————————————