基于中美钢结构设计规范的受弯构件抗弯强度可靠度比较

通过对《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)和美国规范AISC 360-10中关于钢结构受弯构件抗弯强度计算的比较,得出两种规范在荷载组合及设计方法方面的差异。进而结合算例采用蒙特卡罗法,在荷载比(活载比恒载)依次取0. 1,0. 25,0. 5,1,2时,通过MATLAB模拟计算得出两种规范的可靠度差异。结果表明,在荷载比较小时,由中国钢结构规范计算的可靠度大于美国规范AISC 360-10,但随着荷载比的增大,由美国规范AISC 360-10计算的可靠度则超过中国钢结构规范。结果可供设计研究人员参考,进一步提高我国钢结构的设计水平。     

不同规范中钢材强度设计指标对比分析

针对钢材强度设计指标,对中国规范GB 50017—201X(报批稿)、美国规范ANSI/AISC360-10和欧洲规范Eurocodo 3进行了比较分析。主要对比的内容包括:不同规范对极限状态的定义和分类、钢材强度设计指标的表达形式和取值、钢材抗力分项系数的计算方法。在此基础上,对用不同规范计算的轴心受力构件的安全水平做了一个算例分析,结果表明,中国钢结构规范的安全水平低于欧美规范。。     

受剪杆件设计

对AISC 360-16《建筑钢结构标准》(简称《美国钢标》)受剪杆件设计方法进行了解读,并与GB 50017—2017《钢结构设计标准》(简称《17钢标》)受剪杆件的设计方法进行了比较.《美国钢标》受剪杆件稳定的强度能力计算在G章.设计抗剪强度取?vVn,一般情况下抗剪抗力系数?v=0.9.1)对于工字形截面和槽形截...     

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。     

美国、欧盟及中国钢结构设计规范中柱子曲线的对比

通过对比美国规范AISC360-05,欧盟规范EN1993以及我国规范GB50017关于轴压构件整体稳定设计的相关规定,发现AISC360-05因采用单一柱子曲线,因而不能充分考虑残余应力等因素对整体稳定承载力的影响;EN1993和GB50017分别采用5条和4条柱子曲线,因而较为科学;GB50017规定的整体稳定系数对大多数截面而言高于EN1993,但由于GB50017采用的抗力分项系数较低,其预测的承载力设计值仍低于EN1993和AISC360-05。     

不锈钢圆管受弯构件试验研究现状及规范对比分析

为了研究不锈钢圆管受弯构件的承载能力,进行了国外3本不锈钢结构技术规范的对比,包括:欧洲不锈钢规范(EN1993-1-4:2006)、美国冷成型不锈钢设计规范(SEI/ASCE 8-02)、澳大利亚/新西兰不锈钢设计规范(AS/NZS 4673-2001),同时简要地介绍了5本国外相关钢结构设计规范中圆管受弯承载力的设计方法;搜集了国内外学者进行的11根不锈钢圆管构件的受弯试验数据,其中包括4根奥氏体304圆管、3根奥氏体316L圆管和4根双相体2205圆管构件;采用国内外相关的8本规范中圆管受弯承载力设计公式对搜集到的试验数据进行了计算,结果表明:总体上采用各规范计算得到的圆管抗弯承载力均偏于保守,其中美国钢结构设计规范(ANSI/AISC 360-05)的计算结果与试验数据吻合最好。为我国《不锈钢结构设计规范》中圆管抗弯承载力的设计给出建议。     

新加坡某9.9MW生物质发电锅炉支撑钢结构设计分析

依据美国钢结构设计规范AISC-360-05中建议的两种设计方法,分别对新加坡某生物质发电锅炉支撑钢结构的计算结果进行了校核。结果显示：在适当的安全储备条件下,许可应力设计法（ASD）和荷载抗力分项系数设计法（LRFD）均满足设计要求。许可应力设计法（ASD）的设计结果较荷载抗力分项系数设计法（LRFD）的设计结果偏保守。     

考虑局部稳定影响的不锈钢圆管短柱轴压承载力试验研究

为研究不锈钢轴心受压圆管的局部稳定承载性能，对9根奥氏体型不锈钢圆管短柱、7根双相型不锈钢圆管短柱以及作为对比的3根Q355圆钢管短柱进行轴心加载试验，得到了不锈钢轴压短柱的破坏模式和局部稳定承载力。研究发现短柱均发生局部失稳破坏，径厚比是影响轴心受压短柱承载力的重要因素。将局部稳定承载力试验结果与欧洲不锈钢结构设计规范EN 1993-1-4、美国冷成型钢结构设计规范AISI S100-2016、美国钢结构建筑规范ANSI/AISC 360、美国不锈钢建筑结构规范ANSI/AISC 370-21中的设计方法进行对比，结果表明：对于径厚比较小的不锈钢圆管短柱，四种规范的预测承载力较为保守；对于部分径厚比较大的不锈钢圆管短柱，规范预测承载力偏于危险。     

新加坡某9.9 MW生物质发电锅炉支撑钢结构设计分析

依据美国钢结构设计规范AISC-360-05中建议的两种设计方法，分别对新加坡某生物质发电锅炉支撑钢结构的计算结果进行了校核。结果显示：在适当的安全储备条件下，许可应力设计法（ ASD ）和荷载抗力分项系数设计法（ LRFD）均满足设计要求。许可应力设计法（ ASD）的设计结果较荷载抗力分项系数设计法（ LRFD）的设计结果偏保守。     

H形截面不锈钢梁受弯承载力计算方法

我国是世界上不锈钢产量的第一大国,但到目前为止,并未有专门的不锈钢结构设计规范。随着不锈钢构件在建筑领域越来越广泛的应用,迫切需要有对应的设计方法。简要介绍了不锈钢的材料力学特性,及不同环境下的牌号选择。介绍并分析了AISC Design Guide 27对H形截面不锈钢受弯构件的计算方法,并与碳素钢受弯构件进行了承载力比较。由于不锈钢应力应变关系的非线性特征,不能简单套用碳素钢的计算方法来计算不锈钢构件。根据常用的H形构件截面特性,在AISC Design Guide27的设计方法基础上,提出了简化设计方法,并与准确算法进行了对比。对比结果显示,构件面外支撑长度越小,简化算法同原算法越接近。     

不同规范高强度钢材焊缝连接设计方法对比分析

针对高强度钢材焊缝连接,对欧洲规范Eurocode 3、美国规范ANSI/AISC 360-10及中国GB50017(送审稿)的设计计算方法进行对比,并在有限元计算的基础上,针对GB50017(送审稿)的长焊缝折减系数提出改进公式。结果表明,相较于欧洲规范和美国规范,中国规范在强度指标方面比其他两本分类更细,但强度折减也较多。钢结构设计规范的发展应继续加强在Q460及以上的高强度钢材焊缝连接的研究。     

Q460高强钢焊接工字形截面简支梁整体稳定性能与设计方法研究

为研究Q460高强钢焊接工字形截面简支梁的整体稳定性能,对跨中无侧向支撑的3个双轴对称和6个单轴对称焊接工字形截面简支梁进行了整体弯扭屈曲试验。实测了试件的截面残余应力和初始几何缺陷,并分析其整体弯扭屈曲变形特征和稳定承载力。建立考虑残余应力和初始几何缺陷的有限元模型对简支梁受力进行了模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,基于试验验证的有限元模型计算了大量不同截面尺寸和跨度的Q460高强钢焊接工字形截面简支梁的整体稳定承载力。将试验和有限元参数分析结果与GB 50017—2017《钢结构设计标准》、JGJ/T 483—2020《高强钢结构设计标准》、欧洲规范EN 1993-2005和美国规范ANSI/AISC 360-2016的简支梁整体稳定系数公式的计算结果进行比较,结果表明GB 50017—2017和ANSI/AISC 360-2016的计算结果偏于不安全,EN 1993-2005的计算结果过于保守,JGJ/T 483—2020的计算结果偏于安全且最为接近。最后,在JGJ/T 483—2020的简支梁整体稳定系数计算公式基础上引入增大系数,并根据截面高宽比的不同,取用不同的长细比指数对该公式予以修正,修正后的公式更适用于Q460高强钢焊接工字形截面简支梁的设计计算。     

高强度钢材工字形截面轴心受压短柱局部稳定试验研究

针对高强度钢材焊接工字形截面轴心受压短柱的局部稳定性能,对9个Q460C工字形截面短柱进行轴心受压试验,分析试件局部屈曲应力、极限应力随板件宽厚比的变化规律,研究翼缘、腹板嵌固系数的取值。此外,将屈曲应力、极限应力试验结果与我国、美国和欧洲钢结构设计规范的相应设计计算结果进行对比分析,研究相应规范对于高强度钢材的适用性。结果表明：翼缘的嵌固系数可取为定值1.0,腹板的嵌固系数不宜取为定值;GB 50017-2003《钢结构设计规范》中关于高强度钢材工字形截面短柱的局部屈曲应力的计算结果是不合理的;AISC 360-05规范的极限应力计算值误差较大,但偏于保守;Eurocode 3规范的极限应力计算值与试验值较为接近,但大部分计算结果较试验值偏大。为此,建议提出新的公式计算工字形截面短柱的局部屈曲应力,而对Eurocode 3规范关于工字形截面短柱的极限应力计算公式进行修正,使其能适用于Q460C高强度钢材。     

中美钢结构规范轴心受压构件安全度分析

本文,对中国GB50017-2003《钢结构设计规范》和美国钢结构设计规范AISC360-05中的LRFD-2005以及ASD89三本规范中有关钢结构轴心受压构件的设计进行了对比,并对两者差异性进行了分析,得出包络设计方法,为工程设计及研究人员提供了参考。     

美国CLARIANT化工厂钢结构斜支撑与梁(柱)螺栓连接非抗震节点设计

通过美国CLARIANT化工厂钢结构设计实例,详细介绍了美国钢结构设计规范AISC关于斜支撑与梁(柱)螺栓连接非抗震节点设计的计算过程,从设计计算过程可知,美国钢结构设计规范AISC在此类型节点设计上与中国钢结构设计规范(GB 50017—2003)存在很大差异。可供工程师在采用美国钢结构设计规范AISC进行节点设计时参考使用。     

中美钢结构基本构件安全度差异的比较分析

对中国《钢结构设计规范(GB 50017-2003)》、美国钢结构设计规范AISC 360-05中的LRFD-2005以及ASD 89三本规范中的轴心受拉、轴心受压、受弯构件、压弯构件等基本构件强度或稳定性的安全度差异进行了计算分析和比较,获得了中美钢结构设计规范安全度水平差异的定量数据,可供我国钢结构设计人员参考。     

浅谈钢结构加劲肋设计国内外规范对比

本文对中国《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)与美国《钢结构建筑设计规范》(AISC 360-10)中加劲肋设计差异进行初步探讨,可供工程技术人员在实际项目中进行技术工作参考,也为我国工程技术人员了解欧美标准提供帮助。     

钢结构的局部屈曲性能

考虑了单元间相互作用,提出热轧钢结构局部弹性屈曲应力的解析式,将局部屈曲分析结果与美国AISC钢结构规范中确定局部允许长细比时的内在假定进行对比。采用有线条法确定横截面局部屈曲应力。分析了AISC构件数据库中(不含管)每个截面在轴压下及绕主、次轴正、负弯曲时的局部稳定性。将求局部屈曲应力转化为计算平面屈曲系数k,给出了k的简化公式。新公式明确考虑了构件腹板-翼缘的弹性相互作用。结果表明:有线条法计算的k值与AISC规范中的假定明显不同。     

Q460D高强钢及其螺栓连接疲劳性能试验研究

为研究Q460D高强度钢材螺栓连接的疲劳性能,对Q460D高强钢母材、有孔板和螺栓连接3组试件进行了疲劳试验,拟合了Smax-N曲线,并与采用我国规范GB 50017—2003和美国规范ANSI/AISC 360-10相关公式的计算结果进行了分析对比。结果表明:疲劳试验数据总体较离散,但均在95%置信区间内,拟合的Smax-N曲线能反映不同应力幅下试件的疲劳寿命,具有较高可靠度;由于Q460D钢材硬度大,塑性变形能力较差,对缺陷比较敏感;有孔板和螺栓连接试件的应力集中系数均在2以上。其中母材、有孔板的疲劳极限应力试验值分别是采用GB 50017—2003相关公式的计算结果的2.01、1.45倍,是ANSI/AISC 360-10相关公式的计算结果的2.32、1.91倍;螺栓连接试件的疲劳极限应力试验值略低于GB50017—2003相关公式计算值,是ANSI/AISC 360-10的1.07倍,表明ANSI/AISC 360-10的相关公式更适用于Q460D高强钢螺栓连接疲劳性能的评估。     

不锈钢螺栓连接节点的破坏研究

尽管不锈钢与碳素钢的机械性能有显著的不同,但是现有规范关于不锈钢连接节点的设计规定都基于碳素钢的设计准则。对于不锈钢螺栓连接节点的设计抗力,EN1993-1-4和SCI/EuroInox(美国《科学引文索引》/欧洲不锈钢协会)的不锈钢设计手册基于EN1993-1-8和EN1993-1-3作了一些小修改。研究了厚板和薄板的不锈钢螺栓连接节点的承载性能。提出了一个奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢试件的数值分析模型,并证明其正确性。将该模型用于螺栓节点承载力的参数分析,可研究主要变量对其影响。这些参数包括螺栓边距e2,端距e1和板厚t。结果表明,不锈钢螺栓节点的变形性能与碳钢节点存在某种程度的不同。数值模型中最初出现裂纹的部位与试验中观察到的不锈钢节点和碳素钢节点相符,这种相符性被作为定义一种强度失效准则的基础。以参数分析结果为基础的不锈钢螺栓连接节点承载能力极限状态和正常使用极限状态设计法则比现行的EC3法则更加经济和简捷。