中美建筑钢结构设计方法比较——焊缝连接

焊缝连接是钢结构连接的主要形式,世界各国都制定了相应的技术标准对焊缝连接的设计和构造做出了详细规定。通过梳理中国现行GB 50017—2017《钢结构设计标准》和美国现行AISC 360-16《建筑钢结构标准(Specification for Structural Steel Buildings)》及其相关技术标准中有关钢结构焊缝连接的基本规定和设计方法,分析比较了GB 50017—2017和AISC 360-16及其相关技术标准在焊缝形式、构造要求、质量检验、焊缝承载力计算方法等方面的规定和要求。重点讨论了两国技术标准的差异和相近性,主要内容包括:1)焊缝连接的技术标准。美国钢结构焊缝连接设计的主要依据是各个行业协会制定的团体标准,美国焊接协会(American Welding Society)制定了焊接材料和焊接工艺AWS标准,美国材料与试验协会(American Society for Testing and Materials)制定了结构钢材和连接材料ASTM标准,美国钢结构协会(American Institute of Steel Construction)制定了焊缝承载力计算和构造要求AISC标准,而中国钢结构焊缝连接设计采用政府发布的国家GB标准或建筑结构行业JGJ标准。2)焊缝连接的形式。GB 50017和AISC 360推荐采用的钢结构焊缝连接形式完全一致,包括熔透对接焊缝、部分熔透对接焊缝、角焊缝、塞焊缝和槽焊缝,两个标准对各种焊缝连接形式的构造要求也基本相同。3)焊缝连接的设计原则。GB 50017要求采用"极限状态设计法"计算各类焊缝连接的设计承载力,而AISC 360允许设计人员选择"容许强度设计法"或"荷载与抗力系数设计法"(相当于"极限状态设计法")计算焊缝的承载力。4)对接焊缝的计算。GB 50017根据全熔透对接焊缝的强度设计指标计算对接焊缝的承载力,而AISC 360主要通过规定全熔透对接焊缝的构造、焊接工艺和质量检验等要求实现焊缝与母材等强度。对于部分熔透对接焊缝的承载力,两个标准都采取了相当于角焊缝的计算方法。5)角焊缝的计算。GB 50017和AISC 360规定的角焊缝、塞焊缝和槽焊缝计算方法基本相同,AISC 360计算的角焊缝承载力略高。两个标准都对受剪长焊缝进行了承载力折减。相关内容为从事钢结构设计和施工人员准确理解和应用GB 50017和AISC 360提供了参考,同时也提出了进一步完善GB 50017—2017的意见和建议。     

国内外钢结构规范焊缝构造与连接计算方法的比较

以我国现行《钢结构设计规范》(GB50017—2003)为基础,结合《美国钢结构规范》(LRFD—2001)和《欧洲钢结构规范》(EC3—1993),对规范中关于对接焊缝和角焊缝的构造及连接计算方法进行了详细比较,相关结论可供工程技术人员了解国内外钢结构设计规范的技术水平和发展动态。     

钢结构角焊缝连接的可靠度

本文根据国内有关资料,对角焊缝的不定性进行分析,求出角焊缝连接的可靠指标β值。说明修订的钢结构设计规范(GBJ17～86)对连接采用的折算方法是合适的;对正面角焊缝、侧面角焊缝分别处理也是合理的。同时,根据分析结果,《GBJ17～86》规范规定的角焊缝计算方法是符合概率极限状态设计原理的,满足《建筑结构设计统一标准》(GBJ68-84)的规定要求。     

钢结构角焊缝的极限强度及抗力分项系数

本文根据国内不同地区的试验,分析角焊缝强度及其可靠性,导出了过去角焊缝连接设计隐含的安全系数。进而定出其按概率极限状态方法设计的目标可靠指标β值及抗力分项系数,与新修订的钢结构设计规范(GBJ 17—88)规定的角焊缝计算方法大致相符。从理论上证明角焊缝连接的折算方法满足概率极限状态设计要求。     

高强度钢材焊缝连接试验研究

结合《高强钢结构设计规程》编制工作,针对3种不同强度的高强度钢材焊缝连接的力学性能进行试验研究。分别对9个对接接头焊缝进行拉伸试验,得到3种材料焊缝的拉伸应力-应变关系,通过对18个角焊缝搭接接头进行的拉伸试验观测其破坏形态,并依据平均焊脚尺寸计算了角焊缝的极限强度。试验结果表明,随着钢材强度的提高,焊缝连接受拉破坏形式依然呈延性破坏,但破坏程度逐渐增大且呈现出脆断倾向。数据分析表明,正面角焊缝接头的刚度大于侧面角焊缝,且正面角焊缝的极限强度至少可以达到侧面角焊缝的1.43倍。     

局部加强型角焊缝的静力性能对比分析

中国《钢结构设计规范》里对于角焊缝焊脚尺寸的大小和构造要求的规定与德国规范有所不同。选取按照中国规范设计的三面围焊连接板和按照德国规范设计的局部加强角焊缝的三面围焊连接板作为研究对象,对比分析两个国家规范规定的效果差异。结果表明,随着连接板厚度增大或焊脚高度提高,试件的屈服极限承载力和弹性极限承载力会有明显提高。采取德国规范对三面围焊进行局部加强,相比中国规范的不加强,试件的承载力能得到明显的提高,受到的应力有所减小,更加有利于结构的稳定。     

H形截面构件中单面角焊缝接头的抗拉承载性能:Ⅱ焊缝接头抗拉承载力试验

进行了 2 0个承受拉力的单面角焊缝连接接头的加载试验。试验结果表明 ,这类连接接头的连接焊缝的强度设计可以采用我国现行《钢结构设计规范》的规定进行计算 ,同时这类接头也存在着传力偏心的不利影响 ,结构设计时应予以注意。     

H形截面构件中单面角焊缝接头的承载性能:Ⅰ焊缝熔深和接头抗剪承载力试验研究

在轻型钢结构建筑中采用的以单面角焊缝连接翼缘和腹板的组合H形截面钢构件 ,其焊缝接头性能尚未得到充分的试验验证。为此进行了两个基础性系列试验 :对单面角焊缝接头的 5 7个试件通过金相分析测定熔深 ,对 2 6个试件进行焊缝抗剪试验。试验结果表明 ,在单调静力荷载条件下 ,单面连接角焊缝有良好的承载和变形性能 ,可以按照钢结构设计规范有关规定计算其设计承载力。     

浅谈钢结构设计原理

本文主要从钢结构的材料、连接和构件这三个方面对钢结构的设计进行分析。材料方面从强度、变形能力和加工性能等方面提出相应的要求,要求钢结构材料有足够的强度和良好的变形能力,在材料的选择上还应考虑环境条件和连接方式;钢结构的连接分别讲述了焊缝连接和螺栓或者铆钉连接的特性,以及焊缝连接各个连接形式的特点和螺栓连接各个连接形式的原理,根据钢结构形式选择相应的连接方式;钢结构构件的计算主要把握构件的承载力和稳定性两个方面。     

又一批钢结构设计规范科研成果通过鉴定

<正> 由部分设计、科研、施工制作和高等院校等同行专家组成的部级鉴定委员会,根据全国钢结构标准技术委员会等部门的统一布署,于1982年12月在重庆对规范构造部分的一批成果进行了鉴定,并予通过。这一批成果包括:蜂窝梁的试验研究和设计计算,因节点刚度变化引起的钢桁架次应力的试验研究和设计建议、常用型钢对接、单层钢结构厂房的温度应力和温度区段长度的探讨、贴角焊缝尺寸限制的探讨、改进焊接盖板梁构造设计的建议、钢桁架节点板的静力特性分析、螺栓连接边距和端距尺寸的设计建议以     

受拉角焊缝的弹性应力分析

引用钢结构角焊缝的设计实例,对轴心受拉角焊缝连接设计计算中存在的问题进行了分析.根据理论计算与实际状况出现的偏差,提出了建议计算公式.     

钢结构焊缝连接工艺探究

钢结构的连接方法可分为焊缝连接、螺栓连接以及铆钉连接等,其中焊缝连接是现代钢结构最主要的连接方法。其优点是方便适用,零件简单,制造方便,并能节省钢材,易于采用自动化操作,生产效率高。文章首先对焊缝连接形式对接焊缝和角焊缝进行简要介绍,然后对二者相关因子的计算方法稍作分析,最后通过实例探究钢结构焊缝连接工艺。     

某大跨桁架加固及节点分析研究

焊缝连接在钢结构工程中应用广泛。传统设计假定焊缝应力在有效截面上分布均匀,但实际上焊缝存在严重的应力集中及应力分布不均匀的现象。如果设计中不考虑焊缝单元的节点分析,与实际情况会存在一定程度的误差。以某大跨42 m桁架加固实例为分析对象,详细介绍了桁架的加固设计,并采用有限元软件ABAQUS对节点进行分析。     

加固用栓焊并用连接受力性能有限元分析

在《钢结构高强度螺栓连接技术规程》(JGJ82征求意见稿)中,提出了加固用栓焊并用的连接形式,即在一个连接节点中,摩擦型高强度螺栓连接和角焊缝焊接连接并用,且承受同一剪切荷载作用。这一连接方式能够很大程度上提高连接的抗剪强度,当采用螺栓连接设计不足或是使用荷载增大等情况下,栓焊并用连接是一种有效的加固方法。通过有限元算例,讨论了不同的焊缝形式以及不同焊缝尺寸等对栓焊并用连接抗剪性能的影响,并与征求意见稿中的公式进行了比较。     

Q690高强钢焊缝连接承载力试验研究

通过6个母材拉伸试验、6个对接焊缝拉伸试验、3个端面角焊缝连接试验和3个侧面角焊缝连接试验,对Q690高强钢焊缝连接承载性能进行了研究。试验结果表明:Q690高强钢对接焊缝的应力-应变曲线没有较为明显的屈服平台,其抗拉强度大于母材,能够满足与母材等强的设计要求;但是对接焊缝的延性比母材差,断后延伸率更小。Q690高强钢角焊缝的强度也接近甚至超过母材的抗拉强度;其中端面角焊缝的强度较高、延性较差;而侧面角焊缝的强度较低、塑性较好;侧面角焊缝的应力分布沿纵向为两端大、中间小。     

钢结构温度应力释放构造做法的研究

概括了钢结构解决常温下温度应力问题的措施,提出了在厂房纵向中部设置温度应力释放区,利用可滑动螺栓连接释放温度应力的构造做法,以有效减小温度应力影响,满足钢结构连接的构造要求。     

奥氏体型S30408不锈钢角焊缝连接拉伸试验研究

为研究奥氏体型S30408不锈钢角焊缝连接接头的承载性能,对6个正面角焊缝连接试件和5个侧面角焊缝连接试件进行了拉伸试验,测得焊缝连接试件在拉伸作用下的极限荷载,以及焊缝强度、焊缝随荷载的变形情况,并对焊缝的破坏状态进行了观察。试验结果表明：正面角焊缝连接接头焊缝断裂面呈底部垂直于芯板表面而上部接近30°斜截面的不规则撕裂状,其抗拉强度平均值742 MPa,焊缝平均变形量为2 875 mm。侧面角焊缝连接接头焊缝断裂面较为平整,接近45°理论值,其剪切强度平均为506 MPa,焊缝平均变形量为4 387 mm。正面角焊缝连接试件焊缝抗拉强度为侧面角焊缝连接试件剪切强度的1.47倍。正面角焊缝和侧面角焊缝连接试件承载力试验值均高于CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》和欧洲规范Eurocode 3的设计值,CECS 410:2015规程中对于正面角焊缝和侧面角焊缝连接试件承载力设计值的规定过于保守;欧洲规范Eurocode 3对正面角焊缝连接试件承载力设计值的规定也较为保守,而对侧面角焊缝连接试件承载力设计值的规定较为合理。     

注册结构工程师考试中钢结构复习的建议

一、重视《考试大纲》的规定现将《考试大纲》的规定按掌握、熟悉和了解三个层次整理成表 (表 1)。表 1一　级二　级掌　握钢结构体系的布置原则和主要构造受弯构件的强度及其整体和局部稳定计算轴心受力构件和拉弯、压弯构件的计算构件的连接计算、构造要求及其连接材料的选用钢结构的疲劳计算及其构造要求钢结构体系的布置原则、构件选型和主要构造受弯构件的强度及其整体和局部稳定计算构件的连接计算及其构造要求熟　悉钢与混凝土组合梁、钢与混凝土组合结构的特点及其设计原理塑性设计的适用范围和计算方法钢结构的防锈、隔热和防火措…     

角焊缝在偏心荷载作用下极限承载力的计算方法

一、概述角焊缝在偏心荷载作用下的传统设计方法是建立在弹性应力基础上的。此方法虽然简单,但较保守。近年来,许多国家的焊接学术组织和学者,对此进行了大量试验、分析和研究探讨,建议按极限承载能力进行设计。我国钢结构原“TJ17-74规范”所采用的计算方法是不考虑荷载方向的。对侧角焊缝与端角焊缝     

中欧钢结构规范螺栓连接承载力比较

根据欧洲钢结构设计规范的EN1993-1-8∶2005和GB50017-2003《钢结构设计规范》及JGJ82-2011《钢结构高强螺栓连接技术规程》对单个螺栓的设计承载力进行比较,包括抗剪连接、抗拉连接、剪拉连接和抗滑移连接的单栓承载力。比较分析可知:国标与欧标钢结构设计规范中的抗剪螺栓连接承载力二者基本一致;欧标的高强螺栓预拉力取值比中国的约高10%;抗拉螺栓连接与剪拉螺栓连接主要区别在于螺栓的抗拉承载力如何考虑撬力的影响。