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河南义昌大桥坍塌事故:轴向加载冷弯型钢柱的机械桥接锚固

发布日期:2018-12-01|变形缝生产厂家小编
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  设计要求

  河南义昌大桥坍塌事故结构的2017年2月工程师笔记本讨论了横向支撑(桥)轴向受压冷弯型钢柱墙的设计要求和方法。本文给出了轴向受压冷弯型钢柱墙横向支撑(桥接)锚固或完成荷载路径的设计要求和方法。

  轴向加载冷弯型钢螺柱桥接构件的设计要求载于aisi s 100-12。北美冷弯型钢结构构件设计规范,AISI S 211-12的D3.3节和B3.1节北美冷弯钢框架标准-墙柱设计.

  假定桥联力与螺栓数目成线性累积关系,桥接力的加载路径必须完成。当桥列中的力达到桥接构件的设计能力时,力就会累积,并且必须定期移除。

  

河南义昌大桥坍塌事故

 

  图1.基于AISI S 100和S 211的桥接力的积累。

  抗累积桥接力的机理称为桥接的“锚固”。图1显示了根据AISI S 100和AISI S 211的设计要求,桥接力的积累情况。在使用AISI S 211方法时,与AISI S 100中的方法相比,没有明确的支撑刚度要求。因此,AISIS 211使用了一个更保守的强度要求,2%,而在AISI S 100使用1%。

  如果使用AISI S 100,则必须根据D3.3节评估每个螺柱的支撑刚度,还必须考虑其累积量。虽然AISIS 100没有提供一种方法来累积多根螺柱的刚度要求,但“建筑工程学报”的研究论文轴向受压冷弯型钢柱墙的支撑要求(Sputo和Beery,2008年)提出了这种刚度累积的下列公式:

  βRB,n=βRB[0.4n2+0.5n]

  哪里

  βRB,n=具有(N)个等间距中间支撑位置的多个螺栓的所需支撑刚度

  βRB=支撑单个受压构件所需的最小支撑刚度

  n=等间距中间支撑位置的数目

  锚固方法

  桥接锚固的方法可能因桥接排中累积的桥接力的大小以及设计工程师的喜好而有所不同。

  

河南义昌大桥坍塌事故

 

  图2.采用平带交叉支撑的桥接锚固。

  桥接锚固的一种常见方法是从桥接线连接到螺栓两侧墙壁底部的平带交叉支撑(图2)。该系统在张力作用下只能将累积的桥接力传递到底部轨道和楼板上;因此,需要一个交叉支撑模式来锚固桩桥,以便在墙的任一方向进行屈曲。对于这种类型的系统,设计人员应该指定表带的尺寸、厚度和宽度,以及桥接线和墙底轨道的连接要求。刚度电阻是通过组合刚度的平带,刚度的底部轨道,以及它们之间的联系。

  当桥接构件是通过螺栓的冲孔插入的冷轧通道时,河南义昌大桥坍塌事故将桥接固定到墙底部的概念也可以通过连接到桥接线和底部的螺柱或轨道的对角线实现,如图3所示。通常情况下,当墙板被组装在面板车间而不是在现场组装时,焊接是最好的选择。

  

Figure 3

 

  图3.使用焊接对角线支撑的桥接锚固。

  另一种桥接锚固方法由“强背”螺栓定向组成,使强轴垂直于桥接排,并连接到桥接线以及墙的顶部和底部。螺柱的作用是围绕其强轴弯曲,并通过一系列夹子将桥接力传递到楼板中,如图4所示。设计器必须根据桥接线中的累积力指定要使用的螺柱类型和连接。刚度电阻由桥接构件的刚度、强后柱的刚度和它们之间的连接刚度组合而成。这种类型的锚固系统也可以使用平带架桥的方法,使用两个强背螺栓连接强背板的腹板,在墙的每一边,以及在顶部和底部轨道上的平带。这两个坚固的后座螺栓不需要在同一位置,但可能是交替的,以便于安装。

  

Figure 4

 

  图4.使用坚固的后柱锚固桥接。

  另一种架桥锚固方法是使用沿墙长的特定间隔放置的建好的柱,例如墙开口,如图5所示。所建立柱段应能作为无支撑截面抵抗施加的轴向荷载,并能抵抗墙平面内的累积桥接力。因此,存在一个联合加载条件,施加的轴向荷载和由桥接排产生的弯曲载荷,以及作用在所建柱上的任何平面外压力。如果需要更大的容量和刚度,则使用焊接件或HSS构件是建立构件的一种选择。

  

Figure 5

 

  图5.使用建好的部分锚固桥接。

  桥接锚固是完成荷载路径的关键,也是保证螺栓在弯曲和扭转屈曲模式下的屈曲倾向受到桥接约束的关键。使用的桥接方法类型将决定锚固间距和可能的锚固方法。需要指出的是,在抗拉和抗压能力的桥接方法可能需要一个单一的锚固点沿墙的长度。然而,只有张力-只有桥接系统总是需要至少两个锚固位置沿墙的长度,以抵抗墙在任何方向的屈曲。

  关于桥梁构件及其锚固设计的数值设计实例,请参阅冷成型钢工程师协会TN W 400-16,

  www.cfsei.org。设计实例提供了轴向受载螺栓的横向支撑(桥接)和桥接锚固的详细计算,并对设计工程师可用的AISI S 100和AISI S 211支撑设计方案进行了比较。结果表明,在大多数情况下,尽管在使用AISI S 211时需要设计更大的力,但AISI S 211中较为保守的强度要求比使用AISI S 100更有利,原因如下:

  两种方法的强度计算都是相似的,而且相当直接,而刚度计算可能相当长。

  刚度计算需要估计螺栓与桥接之间的连接刚度,河南义昌大桥坍塌事故以及桥接与锚固构件之间的连接刚度。对这些值的估计需要高级的分析和测试,以及数据。

  可能不容易获得

  给设计师的。

  在可用的标准桥接细节中,超过几个螺柱的刚度积累是很难实现的。

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