《美国LRFD钢结构规范介绍(V)》讲义

美国LRFD钢结构规范介绍(V) 刘玉姝(编译) 弟 (同济大学) 摘要本文介绍了美国建筑钢结构设计规范LRFD( Load and Resistance Factor Design Specification for Structural Steel Buildings)第十章及第十一章的主要内容,包括:连接、节点和紧件以及受集中荷 载作用的构件的强度设计 关键词LRFD;连接;节点;紧固件:集中力 10.36抗拉设计承载力和抗剪设计承载力 为dFAb 单个高强螺栓(包括螺纹部分)的抗拉(或抗剪)设 其中, φ——抗力分项系数,对于标准孔、放大孔、短槽 计承载力为φFnA 孔及外力作用线与槽孔长边垂直的长槽孔 其中 φ=1.0:对于外力作用线与槽孔长边平行的 d——抗力分项系数,按表1032采用 长槽孔@-0.85 名义抗拉强度F,或名义抗剪强度F,见 F——名义抗滑移强度列,见表10.3.6,ksi 表10.3.2,k 高强螺栓的抗剪设计承载力应不小于使用荷载作 A——螺栓或有螺纹部分的名义面积(对镦粗杆, 用下螺栓所受的剪力。在进行正常使用荷载效应组合 见表10.3.2脚注c,in2) 时,若有风荷载参与组合,则高强螺栓因恒载、活载、 高强螺栓所受的拉力应取设计荷载与因连接变形 风荷载组合作用所受的总剪力,应乘以折减系数0.75 产生的撬力作用而导致的拉力二者之和。 表10.36中给出的F,的值是根据A级接触面计算 10.37承压型连接在拉力和剪力共同作用下的的(抗滑移系数为0.33),A级接触面应清除轧屑,或 计算 鼓风吹净后涂以A级涂料。当接触面的处理采用其它 同时承受拉力和剪力的螺栓(或铆钉)的设计承载方法时,高强螺栓的抗滑移承载力应按结构连接研究 力为FAb式中o取0.75,名义抗拉强度F按表1035委员会(RCSC)的设计规范(LRFD)取值 计算。表中的f根据螺栓(或铆钉)所受的设计荷载计 当高强螺栓用于槽孔时,若间隙不人于1/4英寸, 算确定。且抗剪强度设计值φF按表1032计算)应不则可按标准孔进行抗滑移承载力计算 小于f 10.382摩擦型连接承载力极限状态验算 10.38摩擦型连接中的高强螺栓设计 对于摩擦型连接,各高强螺栓所受的设计荷载可51 摩擦型迕接中的高强螺栓抗剪设计应按10.3.8.1按比例进行分配。在进行承载力极限状态验算时,连 或10.38.2进行设计并按10.3.2和10.3.10进行承压验接的抗滑移承载力aR,应不小于其所受的设计荷载, 算。 10.381摩擦型连接正常使用极限状态验算 Rr =1. 13uTn, M (103-1) 摩擦型连接中的单个高强螺栓的抗剪设计承载力式中 2 01995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Lid. All rights reserved

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05 Tn—每个高强螺栓的最小预拉力,见表10.3.1,进行设计或按10392和10.3.8.2进行设计 节点中高强螺栓的数目 10.391摩擦型连接正常使用极限状态验算 ∽swg Ns—传力摩擦面数目 在正常使用荷载作用下,摩擦型连接中单个高强 H—摩擦面的抗滑移系数,对于A、B、C级摩螺栓承受拉力T时,螺栓的抗剪设计承载力应按 擦面按下列方法取值,对于其它摩擦面,可1038.1计算并乘以折减系数(1-TT)。式中,Tb为每 由试验确定 个高强螺栓的最小预拉力,按表10.3.1采用。 )对于A级摩擦面(清除轧屑、污锈后干净的轧 10.392摩擦型连接承载力极限状态验算 alg制表面,或鼓风吹净后涂以A级涂料的表面)u=033 当摩擦型连接承受螺栓轴线方向的设计拉力T 2)对于B级摩擦面(鼓风吹净后未涂漆的表面 时,接触面间的夹紧力将减小,连接的抗滑移承载力 c或鼓风吹净后涂以B级涂料的表面)μ=0.33 3)对于C级摩擦面(热浸镀锌且粗糙的表面) gRn,应乘以如下折减系数 1-7/(1.13TmN (10-3-2) 0407。 其中,QR按10.382计算,T为连接所受的设计拉 抗力分项系数,按下列方法取值。 力。 1)对于标准孔φ1.0; 2)对于放大孔和短槽孔￠=0.85 10.310螺栓孔处的承压承载力计算 3)对于垂直于荷载作用方向的长槽孔￠=0.70 螺栓孔处的承压承载力为R。式中,￠=0.75,Rn 4)对于平行于荷载作用方向的长槽孔=0.60。 为名义承压承载力 10.39摩擦型连接在拉力和剪力共同作用下的 承压型连接和摩擦型连接都应进行承压承载力验 算。摩擦型屮放大孔及平行于外力作用方向的短槽孔 计算 长槽孔的使用应符合10.32的规定。 摩擦型连接承受拉力时,应按10.3.9.1和10.3.8.1 表1032紧固件的设计强度 抗拉强度 承压型连接中 紧固件的类型 抗力分项系数p名义强度,ksi抗力分项系数名义强度,ksi 07螺栓 A325螺栓,不扣除剪切平面的螺纹 A325螺栓,扣除剪切平面的螺纹 A490螺栓,不扣除剪切平面的螺纹 A490蝶栓,扣除剪切平面的螺纹 有螺纹部分符合1.3的规定,螺纹 0.75 0.75 075Fu 0.40F 没有从剪切面扣除 有螺纹部分符合1.3的规定,螺纹 0.75Fl=1 0.50F. /acI 从剪切面扣除 A502,一级,预热铆钉 A502 级,预热铆钉 52 只受恒载作用 [b]考虑剪切面的螺纹 lc」镦粗杆有螺纹部分的名义抗拉强度AF,其中A为主螺纹横截面面积,且不小于未墩前的螺杆名义面积 dl对于承受拉伸疲劳荷载的A325和A490螺栓,见11.3 e」当承压型连接用于受拉构件的拼接时,若有一側的拼接长度大于50英寸,表中所列值应折减20% Introduction to Load and Resistance Factor Design Specification for Structural Steel Buildings(V) 2 01995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Lid. All rights reserved

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在本节中,下列符号定义如下: 对于其它螺栓孔 L—沿外力作用方向,构件边缘至标准孔中心或 Ra=(s-d/2)tF s 2.0dtF (10-3-2d) 与外力垂直的短槽孔、长槽孔中心的距离。 对于放大孔或与外力平行的短槽孔、长槽 表10.3.3螺栓孔名义尺寸 孔,L应增加C2,C2按表10.38采用 螺栓 S—沿外力作用方向的标准孔中心距。或与外力直径 儿口尺寸 垂直的短槽孔、长槽孔的中心距。对于放大 标准孔放大孔短槽孔 孔或与外力平行的短槽孔、长槽孔,S应增 (直径)(直径) (宽×长) 加C,C1按表10.3.7采用 1/29/165/8 9/16×11/16 9/16×1%第 螺栓直径 5811/1613/16 11/16×7/8 l1/16×1 最危险截面的最小抗拉强度,ksi; 3/413/1615/16 13/16×1 3/16×1 T—最危险截面的板厚,im,对于埋头螺栓或铆7815161%61516×1%1516×2%6期 钉,应减去1/2的埋头深度。 61%1%×1%61%6×2 当L2≥15,S≥3,且外力作用方向的螺栓数不21k4+164+516(410×(d+38)(16×(2560 表10.34最小容许边距(英寸) 1)标准孔,与外力垂直的短槽孔、长槽孔,摩擦 (标准孔中心至垂件边缘的距离) 型连接中的放大孔以及摩擦型连接中与外力铆钉或螺栓的 受剪边 在板、型钢和扁钢 平行的短槽孔、长槽孔的承压承载力计算 名下直径(英寸) 轧制边,气割边 ①当在设计中考虑了螺栓孔的周围的变形时 78 R=2.4dtF (10-3-1a) 178 ②当在设计中没有考虑螺栓孔的周围的变形时 1N4 Ih2 对于离边缘最近的螺栓孔 1 Rn=LtF.≤3.0dtF (10-3-1b) %%% 对于其它螺栓孔 Rn=(S-d/2)tF s3.dtf.(10-3-1c) 大个1 1%直径 1%×直径 2)垂直于外力方向的长槽孔的承压承载力计算 a]可使用更小的边距,但应根据10.310进行强度校核 r=2. dtf (10-3-1)b对于放大孔和槽孔,见表103.8 c]当孔口处的应力不超过构件最大设计强度的25%时, 当L<1.5d,或S<3d,或外力作用方向上仅有 本栏所列的边距可减小18英寸 个螺栓时 Id]当孔口位于梁端的连接角钢和受剪端板处时,最小边 1)标准孔,与外力垂直的短槽孔、长槽孔,摩擦 距可取为1英寸。 型连接中的放大孔以及摩擦型连接中与外力 平行的短槽孔、长槽孔的承压承载力计算:表10.35承压型连接紧固件预拉应力限值(F,ksi 对于单个螺栓孔,或当外力作用方向上的螺栓孔 不少于2个时,离边缘最近的螺栓孔 紧园件类型剪切面有螺纹剪切面无螺纹 Rn=LtF≤24dF (10-3-2a) A3O7螺栓 59-19≤45 对于其它螺栓孔 A325螺栓 117-19≤90117-1.5≤90 R,=(S-d/2)tF s 2.4dtF(10-3-2b A490螺栓 147-19≤113147-15f≤113 53 2)垂直于外力方向的长槽孔的承压承载力计算 螺线段长度大于11098F-19≤098F-15≤ 对于单个螺栓孔,或当外力作用方向上的螺栓孔直径的A49螺栓 0.75F 不少于2个时,离边缘最近的螺栓孔 502,一级铆钉 Rn=L2Fn≤20dF (10-3-2c) A502二级铆钉 78-18f≤60 美国LRFD钢结构规范介绍(V) 2 01995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Lid. All rights reserved

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gs6so苏s0 表1036摩擦型连接高强螺栓的名义抗剪强度10.5连接部件 螺栓类 名义抗剪强度(ksi) 本节规定适用于各连接部件的设计,如板、节点 标准孔「放大孔和短槽孔 长槽孔 板、角钢、隅撑及梁柱连接的板区等。 12 10.51偏心连接 各相交的轴心受力构件应尽量使其形心线交于同 a]对于一个摩擦面 点。否则,应考虑由于偏心而引起的弯曲应力及剪 10.3.11长螺栓杄螺栓 应力,另见10.1.8。 |对于A07螺栓,当螺栓杆长大于5倍直径时 1052受拉连接部件的设计强度 r丶根据提供的设计强度指标计算的螺栓数量,应在螺栓 采用焊接、或螺栓连接或铆钉连接的连接部件(如 杆长每增加1/165英寸时,数量增加1%。 拼接板、节点板等)承受静拉力时,其设计强度φRn s104断裂设计强度 应取根据屈服极限状态,连接部件的断裂极限状态 块剪切断裂极限状态计算的较小值。 104.1抗剪断裂强度 a)受拉屈服极限状态: 在进行连接断裂极限状态验算时,剪切破坏路径 中各连接组件的抗剪设计强度为中Rn,中=075 Rn=AFy (105-1) R,=0.6FA (104-1) b)受拉断裂极限状态: 式中,An为抗剪净截面面积,in2 φ=0.75 =AgFa (10-5-2) 1042抗拉断裂强度 式中,An为净截面面积,且不大于085A 在进行连接断裂极限状态验算时,拉伸破坏路径 c)块剪切断裂极限状态:见10.4.3。 中各连接组件的抗剪设计强度为φRnφ=0.75 R,=O6F. Ant 42) 10521其它连接部件的设计强度 式中,Aa为抗拉净截面面积,in 对于其它连接部件,应确保根据应鬥极限状态确 定的设计强度φRn不小于要求的强度。式中,Rn为和 043块剪切断裂强度 截面形状及作用于连接部件上的荷载类型相应的名义 在块剪切极限状态中,块剪切断裂强度由破坏路强度 径上的抗剪强度总和与垂直组件上的抗拉强度的总和 对于连接部件的受剪屈服极限状态 确定,发生块剪切断裂破坏的有:梁端上翼缘连接压 φ=0.90 顶,受拉构件及其连接板。采用净截面极限断裂强度 R,=0.60A,Fy (105-3) 来计算组件的抗力时,应根据垂直组件的毛截面屈服 若连接部件受压,应作相应的极限状态分析 线进行计算。块剪切断裂强度φRn应根据下列方法计 10.6垫板 a)当FAn≥0.6FA 中R=小[0.6FAg+FAnd (104-3a) 在焊接结构中,当垫板厚度大于或等于1/4英寸 b)当0.6FAn>FAn 时,垫板应伸出拼接板边缘并与其相焊,且该部分焊 54 中R=06FAm+FAg (10-43b)缝承载力应不小于作用于垫板接触面的拼接板荷载。 式中,中=0.75 拼接板与垫板间的焊缝应足够传递拼接板荷载且应 A 受剪毛截面面积,in2 足够长以避免焊趾处的垫板过载。当垫板厚度小于1/44 Ax受拉毛截面面积,in2 英寸时,垫板应与拼接板外缘齐平,其焊缝长度为拼 A 受剪净截面面积,in2 接长度加上垫板厚度。 A 受拉净截面面积,in 当螺栓或铆钉连接中垫板的厚度大于1/4英寸时, Introduction to Load and Resistance Factor Design Specification for Structural Steel Buildings (V 2 01995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Lid. All rights reserved

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除摩擦型连接外,其它连接中的垫板应伸出拼接板,10.10锚栓及埋入深度 且外伸部分应有足够数量的螺栓或铆钉以确保构件的 组合截面处受力均匀。当垫板的厚度介于1/4英寸到 锚栓及埋入深度的设计应遵循美国混凝协会或 英寸时,若取螺栓的抗剪设计强度按04025的预应力混凝协会标准若采用14规定的荷载系数 系数折减,则垫板不必外伸。 和荷载组合时,由ACI规定的折减系数d的取值应根 据14.1及ACI规定的荷载系数比来确定。 10.7拼接接头 表1037间距增量值C1,英寸 板梁拼接采用坡口焊时,其拼接强度应不小于较 小截面的强度,采用其它拼接方式时,拼接接头强度紧固件的」放大孔垂直于力 名下直径 平行于力作用线 应不小于此处所受的外力。 作用线「短槽孔长槽孔 ≤78 10.8承压强度 180306%X。 3/1 1/4 支承面的承压强度为中R,式中中=0.75,Rn按 5/16 列方法进行计算 a]当槽孔的长度小于表10.35给出的最大允许值时,C1 a)对于铰接孔、钻孔以及装配用加劲肋的端部 可减去槽孔最大允许长度和实际长度的差值 R,=1 8F,Apb (10-8-1) 式中, 表10.38边距增量值C2,英寸 F指定最小屈服应力,ksi; Am伸出的支承面面积 紧固件 的名义放大孔 长轴垂至于边长轴平行 b)对于扩张辊轴和摇摆轴 直径 豆槽孔长槽孔叫 当d≤25英寸时 ≤78 Rn=1.2(Fy-13)d/20 (10-82) 3/4d 当d>25英寸时 1k1R3 3/16 Rn=60F-13)√d/20 (108-3) a]当槽孔的长度小于表10.35给出的最大允许值时,C2 式中, 可减去槽孔最大允许长度和实际长度的差值的一半。 d—直径,英寸; 支承的长度,英寸。 11集中荷载作用 10.9柱底座支承于混凝土 11.1受集中力作用的翼缘和腹板 对于将柱荷载和弯矩传递到基础和地基,应作出 11.1.1设计基础 合适的规定。在没有规范规定的情况下,混凝土上的 设计支承荷载可取为P 111.1~11.1.7规定适用于单或双集中力作用下的 计算。单集中力可为拉力或压力。双集中力为一个拉 当支承于全部混凝土表面时, P=0.85fA (1091)力,一个压力,作用于受荷构件的同一侧形成一力偶。 在翼缘承受集中拉力处,应按照111.2关于翼缘 当支承于部分混凝土表面时 局部受弯极限状态规定设置横向加劲肋,在主次梁的55 Pn=085fA√A2/A1 (1092)未构架端应按照11.1.8规定设置横向加劲肋。在腹板 式中,的=0.60 集中力作用处,应按照111.3-1..6关于腹板屈服 A与钢柱同心的混凝土支承面面积,in2 局部屈曲、侧移屈曲和受压屈曲极限状态规定,设置 Ax与荷载作用面同心且几何相似的混凝土最横向加劲肋或双板。腹板受剪时,应按照1117关于 大支承面积, A2/A1≤2 腹板受剪极限状态规定,设置双板或对角加劲肋 美国LRFD钢结构规范介绍(V) 2 01995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Lid. All rights reserved

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