JTJ 283-1999(条文说明) 港口工程钢结构设计规范.pdf
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1、中华人民共和国行业标准港口工程钢结构设计规范汀J283-99 条文说明制定说明本规范是根据交基发1995J986号文关于下达1995年度水运工程建设标准、定额编制计划的通知和基技字1蜘J105号文关于港口工程钢结构设计规范编写工作大纲的批复的要求制定。主编单位为中交水运规划设计院,参加单位为天津大学。本规范是在广泛深入调查研究的基础上,总结了我国港口工程钢结构的实践经验,广泛征求了有关单位和专家的意见,经反复讨论修改而成。为便于使用者正确理解和掌握本规范的条文,在编写条文的同时,编写了条文说明。本规范条文、条文说明及附录的编写人员分工如下:第1章杨树忠吕江华第2章杨树忠吕江华第3章吕江华第4章
2、杨树忠吕江华第5章吕江华王鹏第6章吕江华夏琪刑第7章杨树忠第8章杨树忠第9章吕江华夏琪刑杨树忠第10章吕江华第11章杨树忠吕江华夏琪刑第12章夏琪刑第13章杨树忠附录A吕江华附录B吕江华106 附录C杨树忠附录D吕江华附录E吕江华附录F吕江华、王鹏附录G杨树忠、吕江华本规范总校人员:李永恒、雷承德、吴敦龙、刘杏忍、吕江华、夏琪刑、董方本规范于1999年9月29日通过部审,1999年12月29日发布,2刷年5月1日起实施。107 目次3 一般规定. (110) 4 材料.(11 1) 5 设计原则及设计指标.(112) 5.1 设计原则. (112) 5.2设计指标.(112)6 结构构件计算.
3、(113) 6.1 一般规定. (113) 6.2 强度和稳定性.(113)6.3 变形. (114) 6.4杆件的计算长度和长细比.(114)6.5 疲劳计算. (115) 7 钢结构的连接.(116)7.1 一般规定.(116) 7.2焊缝连接计算.(116)8 钢结构的构造.(118) 8.1 一般规定. . . (118) 8.2焊缝连接结构.(119)8.3 螺栓和销钉连接结构.(121) 9钢引桥.(123)9.1 一般规定.(123) 9.2桥面系的构造及计算.(124) 9.3 联结系的构造及计算.(125) 9.4实腹板梁式主梁构造和计算. (126) 9.5 平行弦街架式主
4、梁构造和计算. (126) 108 9.6空腹拱靳式主梁构造和计算. (127) 9.7支座.(127) 10 箱形轨道梁.(128) 11 钢撑杆.(129)12 钢管桩.(l30) 13 钢板桩及钢拉杆.(l31) 109 3一般规定3.0.1本条规定是为了实现优化结构设计方案,使其投资少,同时满足工程技术、使用和安全要求。3.0.2 由于港口工程所处的环境比较复杂,腐蚀问题较严重,要求港工钢结构设计一定要将腐蚀问题一并考虑。3.0.3 本条规定是使结构设计满足施工方便的要求。3.0.5 焊缝质量与构件质量同等重要,二者是保证结构质量的不可缺少因素。110 4材料4.0.1-4.0.2规定
5、港工钢结构的材料选择范围。是根据我国多年来的工程实践,结合我国钢材生产的实际情况,本着节约用钢,充分发挥国产钢材的特点,做到技术先进、经济合理、安组主用而提出的。4.0.3 本条给出了进口钢材选用的规定。部分国外钢种与我国相应钢产品比较如下:国产的Q235钢与美国的A36(屈服强度/y= 247N/mm2,伸长率扎=肌)牌号钢,前苏联的CT3(屈服强度/y= 235NI旷,伸长率ou=21%)牌号钢,日本的SS41(屈服强度/y= 235N/mm2)牌号钢等在性能上相接近。国产钢材Q345钢与美国的心42、A钊0、A441牌号钢,日本的SS50、SM50牌号钢,德国的叮当2牌号钢等在性能上相接
6、近。4.0.4本条给出的钢号是现行国家标准一般工程用铸造碳钢件(GBI1352)中规定的。4.0.6本条规定手工焊采用的焊条和自动或半自动焊接采用的焊丝和相应焊剂的型号选择,以及螺栓等连接材料的选用。4.0.6.1 采用于工焊接时,为达经济合理目的,要求选择的焊条型号与构件钢材的强度相适应,即要求焊缝强度与主体金属强度相一致。4.0.6.4本款给出的B口或B口号钢是现行国家标准标准件用碳素钢热轧圆钢(GB/T 715)中规定的。4.0.6.5本款给出的Q235钢是现行国家标准碳素结构钢中规定的;给出的Q345钢是现行国家标准低合金高强度结构钢中规定的。4.0.6.6本款给出了高强度螺栓的选用应
7、符合的国家标准。5 设计原则及设计指标5.1设计原则5. 1.1 疲劳计算仍采用许用应力法。5. 1.3 在结构正常使用过程中的状况为持久状况;结构施工或安装等持续时间较短的状况为短暂状况:结构承受设防地震等持续时间很短的状况为偶然状况。5.2设计指标5.2.1 将钢材屈服强度的标准值除以抗力分项系数,称为钢材的强度设计值,本规范针对港工常用材料,并参照现行有关国家标准,给出了钢材、钢铸件及连接材料的强度设计值,供设计者直接采用。112 6 结构构件计算6.1一般规定6.1.3对港工钢筋混凝土结构,因是钢筋和混凝土共同作用,考虑混凝土的收缩影响,频遇值系数取0.8;而钢结构因考虑钢材的徐变影响
8、,所以在正常使用极限状态计算中,持久状况作用的频遇效应组合比混凝土打的折扣小些,即频遇值系数的值略有提高,经分析取1.0。6.2 强度和稳定性6.2.1 结构构件的强度验算是考虑构件承载力的极限状态,其中的内力计算中需考虑荷载的分项系数,而钢材等的强度设计值是考虑结构或构件抗力分项系数确定的,因此,强度验算实际t是以分项系数表达的极限状态表达式。强度验算中的截面积采用净截面面积,需扣除孔洞的面积。对受弯构件,还需验算在法向应力和剪应力共同作用时的折算应力。6.2.2针对港口工程钢结构稳定验算的特点,并参照国家标准钢结构设计规范HCBJ17),本条以表格形式给出了构件整体稳定验算的常用公式。稳定
9、验算中的截面面积为毛截面面积。当有铺板密铺在梁的受压翼缘上并与其牢固相连、能阻止受113 压翼缘的侧向位移时,梁就不会丧失整体稳定,因此也不必验算梁的整体稳定性。6.3变形6.3.1 结构变形属正常使用极限状态,其变形限值主要根据使用条件而定。由于孔洞对整个构件的影响很小,同时在孔洞比较集中的部位,又往往有拼接板等可以补偿,因此不考虑钉孔削弱的影响是与实际接近的。6.3.2 对受弯构件,必须具有一定的刚度,才能正常、有效地发挥作用,因此,对受弯构件的挠度应进行限制。本条主要针对港口工程中的钢引桥和箱形轨道梁,根据国内外的资料和国内的实践经验,给出了受弯构件的挠度限值。6.4杆件的计算长度和长细
10、比6.4.2 - 6.4.3 确定和架杆件长细比时,其计算长度主要根据杆件端部受到的约束及相关杆件对其支承情况而定。当衍架弦杆侧向支承点之间相邻两节间的压力不等时,通常按较大压力验算稳定性,为考虑此有利因素的影响,通过理论分析并加以简化,采用条文中的折减计算长度公式。6.4.4对和架式结构,必须保证每个杆件的稳定,才能使整个结构正常工作。因此对不同受力状态的杆件,需给出长细比的容许值。本规范参照国家标准钢结构设计规范)(GBJ 17)及公路桥涵钢结构及木结构设计规范H汀J025),给出了杆件长细比的限值,并增加了空腹楠架杆件长细比限值的规定。6.4.6 对格构式受压构件分肢长细比的要求,主要是
11、为了不使分肢先于整体而失去承载能力。条文中的规定是在考虑构件几何和力学缺陷的条件下,经计算分析得出的。114 6.5症劳计算6.5.1 条文中特殊条件指构件表面温度大于150t:、处于海水腐蚀环境、焊后经热处理消除残余应力以及低周一高应变疲劳条件等,在此类特殊条件中疲劳破坏的机理及表达式各有特点或不同于本节的疲劳强度值,所以做出了应专门研究的规定。6.5.3条文中的常幅疲劳指所有应力循环内的应力幅保持常量情形的疲劳。6.5.4条文中的变幅疲劳指应力循环内的应力幅随机变化情形的疲劳。115 7 钢结构的连接7.1一般规定7.1.1本条指出,港工钢结构的连接主要采用焊接形式,这也是由于港口工程所处
12、的特殊环境所决定的,其工程实用性较强。另外,相对于螺栓和胡钉连接,焊接能较充分利用截面,具有连接节点的重量轻,构造相对简单,施工操作较方便,不透气,不透水等优点。7.2 焊缝连接计算7.2.1 本条列出对接焊缝连接强度计算公式。7.2.1.2公式(7.2.1-2)所列的同时受有较大正应力和剪应力处,是指类似于梁腹板横向对接焊缝的端部等情况。公式(7.2.1-2)的系数1.1是考虑到最大折算应力只在焊缝局部出现,因而将设计强度提高。7.2.1.3本款提出采用斜焊缝时,其焊缝强度计算的有关规定。7.2.1.4在某些特殊情况下,特别是对T形接头的对接焊缝,无法采用引弧板时,焊缝两端起落弧存在缺陷,影
13、响了焊缝的有效长度,因此每条焊缝的计算长度应由实际焊缝长度,即两焊件的拼接长度,减去lOmm,但这仅限于承受静力荷载或间接承受动力荷载的情况。7.2.2 角焊缝两焊脚边夹角为直角的称为直角角焊缝。角焊缝116 按它与外力的方向不同分为侧面焊缝、正面焊缝、斜焊缝以及由它们组成的围焊缝。国内外大量试验结果证明,角焊缝的强度和外力的方向有直接关系,其中,侧面焊缝的强度最低,正面焊缝的强度最高,斜焊缝强度介于二者之间。虽然正面焊缝的破坏强度大于侧焊缝的抗剪强度,但其存在应力集中,塑性较差等不利影响,设计时,正面焊缝强度不可百分之百考虑,因此本规范引人了正面角焊缝的强度设计值增大系数(f)。以前统一用侧
14、面焊缝的强度作为设计角焊缝依据,不考虑荷载方向的处理方法是过于保守的。7.2.2.1 本款规定计算垂直于焊缝长度方向的应力f时,按焊缝有效截面即helw考虑;焊缝的有效厚度按he=O.7hf计算,其中hf为较小焊脚尺寸,是因为角焊缝受剪切破坏通常发生在焊缝剖面三角形的最小厚度O.7hf的平面上,因此取O.7hf为贴角焊缝的有效厚度作为计算依据,该焊缝有效厚度计算公式适用于直角角焊缝,也适用于两焊脚边夹角运仰的斜角角焊缝。7.2.2.2本款给出的计算公式为角焊缝计算的基本公式,该公式适用于弯矩、剪力和轴力共同作用下的T型连接计算,以及扭矩和剪力共同作用下的搭接连接计算。117 8 钢结构的构造8
15、.1一般规定8.1.3 由于较厚钢板轧制次数较少,其压缩比往往较小,且停轧温度、冷却速度不宜控制,因而厚板存在的冶炼缺陷较多,从而降低了钢材的机械性能指标。此外,厚钢板的化学成分偏析也较严重。一般说来,设计选用厚铜板是不利的。在焊接构件中,尤其是厚板焊接后残余应力的分布很复杂,往往存在较大的三向应力,使结构在低应力情况下产生脆性破坏。因此本条对焊接构件的厚度提出了限制,即普通碳素钢不宜大于50mm,低合金钢不宜大于36阻。当板厚超过上述限值时,应采用特殊措施,如焊前预热,焊后热处理等。但根据1982年国内调研结果知,不少制造厂和科研部门的意见是,钢材是否需要焊前预热和焊后热处理,并不单单由钢材
16、的厚度决定,还要根据构件的约束程度、钢材性质、焊接工艺、焊接材料性能和施焊时的气温情况等综合因素决定。预热的目的是避免构件在焊接时产生裂纹,但其只是一种手段,形成冷裂纹的因素是多方面的(如上述的约束程度、钢材的脆硬组织和氢积聚程度等),故设计时可按具体情况综合考虑采取措施以避免冷裂纹的出现。在一般情况下,根据国内的实践经验,Q235钢的板厚曾用到50-70mm,在常温下焊接一般均不预热。Q235钢对产生冷裂纹的倾向不敏感,故本规范将低碳钢的厚度由原来的40mm放宽到50mm,而低合金钢具有一定的摔硬性,有冷裂的倾向,故板厚的控制值要严些。国内也有低合金钢板超过30mm未采取预热措施的,如Q34
17、5钢焊接吊车梁翼缘板已用到118 36mm。故本规范将低合金钢由原来的板厚30mm放宽到36mm。对Q3佣钢因尚缺乏厚板焊接的使用经验,使用时应根据结构的构造情况、施焊时的气温情况具体解决。8.1.4本条规定是为保证钢结构的整体稳定性。有关钢结构设置支撑系统,本规范主要指钢引桥的纵向和横向联结系,详见本规范第9章联结系的有关规定。8.2 焊缝连接结构8.2.1 本条规定焊缝金属宜与基本金属相适应,是指所采用的焊条应与焊件钢材相匹配,其含意是,Q235钢的焊件应采用FA3xx 系列焊条;Q345钢焊件应采用自Oxx系列焊条;Q3佣钢焊件应采用E55xx系列焊条。对于Q235钢焊件,采用自Oxx或
18、自5x x系列焊条是不必要的,也是不允许的。因为焊缝金属的强度过高,将导致焊缝的韧性、塑性以致抗裂性能的下降,从而降低焊接结构的使用安全性。而对于Q345和Q3佣钢焊件却不能相应选用FA3xx和自Oxx系列焊条,以免焊缝强度不够而使焊件强度不能得到充分利用而造成材料浪费。焊条与焊件相匹配,并符合焊缝质量要求的对接焊缝的连接,其焊缝和焊件的强度基本一致。例如,Q235钢的抗拉强度设计值的平均值为201. 7N/Illlli ,FA3 x x系列焊条熔敷金属的抗拉强度设计值的平均值亦为201. 7N/mm2 ,其焊件和焊条在力学性能上正好相匹配;Q345钢与E50xx系列焊条、Q3佣钢与E55x
19、x系列焊条在力学性能上也相匹配。因此在具备以上条件情况下,即可达到焊缝与焊件等强度,其焊缝强度可不必计算。根据试验,Q235钢与Q345钢焊接时,若用E50xx型焊条,焊缝强度比用FA3xx型焊条时提高不多,设计时只能取用FA3xx 型焊条的焊缝强度设计值。此外,从连接的韧性和经济方面考虑,最好采用与低强度钢材相适应的焊接材料。钢构件焊接的等强度连接是指需满足下列要求:采用规定的119 焊条,焊件保证焊透,对单面对接焊缝要在焊根处补焊或采用垫板焊接,焊件两端采用引弧板,并通过一、二级焊缝质量检验。8.2.2本条规定设计中不得任意加大焊缝,因为焊缝在施焊后,由于冷却引起了收缩应力,若施焊程度愈高
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