摘自[空心管结构CIDECT设计指南简介——方敏勇, 郝际平]
在国际管结构发展与研究委员会和国际焊接学会管结构焊接接头分会的协调下, 国内外研究人员对空心管结构开展了广泛的研究. 到目前为止, 总共发行了八本设计指南, 用以帮助管结构研究和设计人员学习和应用. 现对八本CIDECT设计指南进行简单介绍.
1 CIDECT 设计指南1: 圆管( CHS) 节点的静力强度设计指南
1.1 简介
该设计指南介绍了圆管( CHS) 相贯节点静力强度的设计方法和计算步骤, 并阐述了各种影响圆管焊接接头及螺栓连接接头静力强度的因素. 为了供管结构设计过程容易理解, 还给出了具体的设计例子.
1.2 主要内容
a. 给出了腹杆和弦杆中承受轴向荷载作用时, 圆管平面T 型、Y 型、X 型和K 型焊接相贯节点的强度设计公式;
b. 给出了腹杆和弦杆中承受轴向荷载作用时, 圆管空间T 型、Y 型、X 型和K 型焊接相贯节点的强度设计公式;
c. 给出了腹杆承受平面内弯矩作用时, 圆管平面T 型、Y 型、X 型和K 型焊接相贯节点的强度设计公式;
d. 给出了腹杆承受扭矩时, 翼缘采用螺栓连接接头的设计方法;
e. 给出了平面桁架、空间桁架( 三角形桁架梁) 和具有螺栓连接接头的结构的设计实例.
2 CIDECT 设计指南2: 空心管结构的整体稳定性
2.1 简介
该设计指南介绍了管结构整体稳定、局部稳定及横向扭转屈曲方面的问题. 由于空心管截面形状及截面材料分布合理, 圆管及矩形管比开口截面表现出更好的受压性能. 当宽( 或径) 厚比在一定范围内时, 可以忽略空心管截面的局部屈曲. 此外, 对一般空心管截面, 不需验算其横向扭转失稳问题, 因为和同样的开口截面相比, 它们有很大的极惯性矩.
2.2 主要内容
a. 给出了横截面分类的定义;
b. 总结了圆管和矩形管截面分类时, 对径厚比( d/ t ) 或宽厚比( h/ t )的限值;
c. 给出了多条柱曲线, 对冷弯成型和热轧成型的空心管截面分别有不同的柱曲线;
d. 给出了可以不验算弯扭失稳的矩形管截面梁长与截面高度比的限值;
e. 给出了受压弯联合作用下的管结构梁-柱的设计公式;
f. 给出了由于局部屈曲引起的第4 类矩形管截面的有效几何特性;
g . 给出了矩形管柱以及矩形管梁- 柱的设计实例.
3 CIDECT 设计指南3: 矩形管( RHS) 节点的静力强度设计指南
3.1 简介
该设计指南介绍了方管及矩形管结构中各种单平面与空间焊接相贯节点和螺栓连接接头的静力强度标准, 重点阐述了影响静力强度的控制参数. 在简化分析模型及试验研究的基础上, 给出了半经验极限状态设计建议公式, 还附有相应的设计图表. 为了帮助读者理解, 还给出了具体的设计实例.
3.2 主要内容
a. 给出了腹杆和弦杆中承受轴向荷载作用时, 平面矩形管T 型、Y 型、X 型及K 型节点的设计强度公式;
b. 给出了有加劲板和有混凝土填充的加强型节点的设计强度公式;
c. 给出了腹杆承受平面内弯矩作用时, 平面矩形管T 型、X 型及L 型节点的设计强度公式;
d. 给出了矩形管法兰盘螺栓连接接头及节点板连接接头的设计实例;
e. 给出了平面矩形管桁架及矩形管螺栓连接接头的设计实例.
4 CIDECT 设计指南4: 空心管柱的防火设计指南
4.1 简介
该设计指南介绍了空心管结构柱的防火措施. 空心管柱的一个主要优点是通过一些方法, 比如管内填充水或混凝土来防火, 而不是用防火涂料. 管内填充水或混凝土来防火不仅可以得到更大的使用空间, 而且可以使整个建筑的外观更纤细.
4.2 主要内容
a. 解释了一些概念, 比如耐火性能、标准防火曲线、柱子耐火性能影响因素( 例如荷载等级、横截面形状和尺寸) , 耐火等级( 例如R30, R60, R90, R120) 以及性能评估等级( 设计表格及图表、简便计算方
法和一般计算步骤) 等等;
b. 方管柱耐火性能的设计, 其主要取决于三个参数: 耐火要求, 表面形状系数及绝热材料的厚度. 表面形状系数定义为构件单位长度的外露表面积与构件单位长度体积的比值, 并给出了3 个例子;
c. 方管混凝土柱的耐火性能设计采用查表法或简化计算方法. 耐火性能根据利用程度、最小横截面尺寸、钢筋数量以及钢筋位置, 可被划分为从R30～R180 之间的不同等级. 耐火性能也可以在简化计算模型的基础上使用计算机程序计算, 并给出了两个例子;
d. 对于用水填充的方管柱耐火性能的设计, 给出了估计加热每平方米柱子表面所需用水量的简化计算表格;
e. 给出了节点防火设计的一些建议.
5 CIDECT 设计指南5: 钢管混凝土柱的静力强度和抗震设计指南
5.1 简介
该设计指南用来指导房屋建筑及桥梁结构中的钢管混凝土结构的设计和施工.
5.2 主要内容
a. 给出了钢管混凝土柱在轴向荷载、弯曲及压弯组合荷载作用下的截面承载能力的简化计算公式和设计图表;
b. 给出了钢管混凝土柱在轴向荷载、弯曲及压弯组合荷载作用下的构件承载能力的简化计算公式和设计图表;
c. 给出了一些关于钢管混凝土柱的重要研究课题, 比如单轴对称钢管混凝土柱、预应力钢管柱、部分填充钢管混凝土柱及高强混凝土填充钢管混凝土柱的性能研究;
d. 给出了地震荷载作用下, 钢管混凝土柱性能的描述;
e. 给出了钢筋混凝土填充圆管柱及混凝土填充矩形钢管柱受偏心荷载作用的设计实例.
6 CIDECT 设计指南6: 空心管结构在机械中的应用设计指南
6.1 主要内容
该设计指南旨在给机械工程师、设计人员和机械制造人员建议一种从机械、建筑、结构以及造价方面来说, 都比开口截面性能良好的截面形式. 该指南不仅提供了关于制造、安装和施工方面的讨论, 而且还对静力强度计算和疲劳强度计算方法提出了一些建议. 最后给出了许多不同领域的设计实例, 以帮助读者理解空心管结构的应用.
6.2 重点内容
总结了空心钢管在以下不同领域的应用: 交通运输、飞行器维修设备、农业和林业、起重机和提升设备、娱乐场所、储藏设备、传输系统、海洋平台, 工业厂房; 总结了各种制造技术: 构件端部处理技术( 如火焰切割、激光切割、等离子切割、锯割以及腹杆端部的铣平) 、空心管结构的弯曲、焊接以及螺栓连接.
7 CIDECT 设计指南7: 空心管结构的制作、安装以及建造设计指南
7.1 主要内容
该设计指南介绍了空心管结构的制造、安装以及施工方面的问题, 这些都是在建造一个安全、经济、美观的建筑物时应该考虑的. 该设计指南旨在使建筑师、设计者和制造者对空心管结构有一个全面的了解, 以便能用其建造安全、经济、美观的建筑物.
7.2 重点内容
a. 总结了空心钢管结构所用钢材等级和尺寸容许误差;
b. 总结了空心钢管结构的制造方法, 包括切割、铣平、弯曲、钻孔、钻眼、焊接、螺栓连接以及铸造.
c. 总结了空心管结构中的次构件, 比如梁、桁架、拱梁、钢管柱、钢管混凝土柱、空间结构和连接接头( 梁- 柱接头、柱—桁架接头、端头—端头接头、隅撑节点、檩条) ;
d. 给出了空心管结构安装的一般步骤, 重点介绍了拼装台设计、工作空间、材料存放、加工器械和加工技术等等;
e. 给出了空心管结构施工方面的一些建议;
f . 总结了空心管结构防锈方面的一些方法, 比如涂防锈漆、喷涂、镀锌及密封.
8 CIDECT 设计指南8: 圆管及矩形管焊接相贯节点疲劳设计指南
8.1 简介
该设计指南主要介绍了热点应力法在疲劳设计中的应用, 该方法被认为是最精确的疲劳设计方法之一, 因为它能考虑绝大多数影响疲劳性能的因素. 该法使用基于大量参数的公式计算得出所谓的“热点应力”,然后根据疲劳-寿命曲线, 确定节点的疲劳寿命. 最后还简单介绍了确定疲劳寿命的另一种方法—— 分类法.
8.2 主要内容
a. 总结了确定焊接空心管结构相贯节点疲劳寿命的方法, 比如分类法、冲剪法、失效准则法、静力强度比较法、热点应力法及断裂力学方法;
b. 介绍了求解热点应力的方法; 给出了圆管平面T 型、Y 型、X 型、K 型节点及空间圆管XX 型、KK 型节点应力集中系数的计算公式及表格;
c. 给出了矩形管平面T 型、Y 型、X 型、K 型节点及空间矩形管XX 型、KK 型节点应力集中系数的计算公式及表格;
d. 给出了圆管K 型节点、KK 型节点, 矩形管T 型节点、K 型节点及KK 型节点疲劳计算实例;
e . 给出了一些试验研究和有限元分析确定应力集中系数( SCF) 的建议.
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CIDECT Design Guide
| Design Guide | Title |
| DG1 | Circular Hollow Section (CHS) Joins under Predominantly Static Loading |
| DG2 | Structural Stability of Hollow Section |
| DG3 | Rectangular Hollow Section (RHS) Joints under Predominantly Static Loading |
| DG4 | Structural Hollow Section Columns Exposed to Fire |
| DG5 | Concrete Filled Hollow Section Columns under Static and Seismic Loading |
| DG6 | Structural Hollow Sections in Mechanical Applications |
| DG7 | Fabrication, Assembly and Erection of Hollow Section Structures |
| DG8 | Circular and Rectangular Hollow Section Welded Joints under Fatigue Loading |
| DG9 | Structural Hollow Section Column Connections |