EN1993欧洲规范3钢结构设计

31993 欧洲规范 3: 钢结构设计EN克 (译)林道锦, 张( 中交公路规划设计院 北京市 100010)摘 要: 钢结构形式多样, 涉及塑性和弹性设计, 使用栓接和焊接接头, 以及结构物可能是柔性的等方面, 因此EN 1993欧洲规范3:钢结构设计的范围比其他多数的欧洲规范要大一些。在英国, 它将取代7 个英国标准并覆 盖以往没有列入规范的内容, 如半刚性接头、板桩、壳体、筒仓和不锈钢结构。它的不寻常之处还表现在材料分项安全系数取值为 110。因为最近一项对欧洲钢产品的调查表明, 钢的强度通常要比其公称值高约 20% 。本文对欧洲规 范3 进行了介绍, 包括其设计基础, 热轧型钢的设计方法以及其他有关标准。总之, 这本规范将给钢结构专业设计人员提供比以往更多的灵活性。关键词: 规范和标准; 设计方法和辅助; 钢结构(1) 缆索;(2) 半刚性接头; (3) 管状接头;(4) 支承桩;(5) 板桩; (6) 储槽; (7) 漏斗;(8) 筒仓; (9) 管线;(10) 壳体结构;(11) 不锈钢结构。 以上几项内容在以往没有被列入规范。另外, 随着对一些问题认识的深入, 例如疲劳强度、低温脆性 断裂和钢板厚度方向的应力设计等, 都要求进行比以往更系统的处理。 说到这里, 很有意思的是, 在德 国, 大学课程中涉及混凝土结构设计的内容在官方 被归类为“低技术”, 钢结构设计的课程则被归为“高 技术”。欧洲结构规范的意图是要形成一个体系, 因此,它们之间有许多共同的特征。 但由于相关结构材料 的特殊性以及材料所应用的结构类型上的差异, 不 同欧洲规范之间实际上是有区别的。钢这种结构材料的重要特征包括:(1) 广泛性, 可用于多种不同类型的结构; (2) 延性, 需要进行弹性和塑性设计;(3) 接头的重要性, 螺栓和焊接接头的设计方法; (4) 可能存在柔性构件, 必须包括用于验证稳定性的方法, 避免结构、杆件、平板和壳体失稳。 这些重要特征综合起来, 导致若要解决钢结构设计的各方面问题, 并达到与其他材料结构设计同 等的深度, 就要一个篇幅更长的设计文件。以英国的情况为例, EN1993 欧洲规范3:钢结构设计将替代下列英国标准:(1)B S 5950 关于建筑的 1、5、6、9 部分内容1(2)B S 5400 关于桥梁的 3、9、10 部分内容2;(3)B S 2573 关于吊机的 1 部分内容3;(4)B S 2853 关于跑道梁4(5)B S 4076 关于钢烟囱5;1发展阶段和其他欧洲结构规范一样, 欧洲规范 3 的发展 分为几个阶段。 早期文件的主要形式是由欧洲钢结构会议 (ECC S) 发表的各种建议, 主要目的为了协调 欧洲国家之间的设计规则。 在此基础上发展了由欧(6)B S 4604 关于高强摩擦螺栓6;(7)B S 8100 关于桁架塔和桅杆的 3 部分内容7 。欧洲规范 3 还包含了目前英国标准中没有列入 的内容, 例如:洲委员会发表的欧洲规范 3 初稿, 之后成为 Com iteE u rop een de N o rm a lisa t io n (C EN ) 欧洲标准化 委 员 会 颁 布 的 预 标 准 规 范 EN V 1993 ( EN V 代 表 E u roN o rm V o rno rm ) 的各个部分。其中最著名的是1 - 1 部分:一般规则和关于建筑的规则8 , 它经常被认为是欧洲规范 3, 实际上它仅是 EN V 总共 18个文件的第一部分。 如今我们应该把注意力转移到即将问世的 EN(E u roN o rm ) 标准, 在接下来的几年内, 它将完全取得英国标准的地位, 即B SEN 1993。这本规范正分为 几个部分进行编制。部分1 拟命名为通用规则, 分为 11 个章节, 分别处理不同类型的钢材料构件。 其 他部分分别规定如何将有关通用规则应用于各种类型的结构中。 各个部分内容以及它们预期的颁布日期列于表1 中。 目前只有少部分的草稿接近完成, 因此, 其标 题应理解为预期的内容范围, 而不是最终的名称。各 部分文件的位置可能调整, 但基本肯定的是部分27 的 9 个应用文件的总长度将远少于部分 1。2与 EN 1990 欧洲规范设计基础相一致所有的欧洲结构规范原则上必须和EN 1990 欧洲规范设计基础9 相一致。在欧洲规范 3 中,这一点是通过直接引用而不是重复其条文来实现 的。用户在定义设计作用和荷载组合, 以及确定作用 的分项系数值时需要用到 EN 1990。另外, 检验欧洲规范 3 设计表达式合理性的标准是: 它应与 EN1990 定义的结构可靠度原则相一致, 各个有关的抗力分项系数值也由此确定。因此, 采用欧洲规范 3 进行设计, 能确保获得一 致、均匀的结构可靠度水平。 该可靠度水平和 EN1990 中由各国确定的参数有关, 这些参数由各国负责相关结构类型的权威部门制定。3基本设计规则钢结构杆件以及其他钢构件的设计抗力通常和 材料的屈服强度有关。对于螺栓和焊接连接, 设计抗力和抗拉强度有关 (即极限强度)。 计算螺栓孔的净截面抗力时也是这样。通常, 截面的设计抗力R d 通过下列公式和屈服 强度 f y 的特征值建立联系:R d = A f y M表 1EN 1993 欧洲规范 3:钢结构设计的第一部分提供了通用规则, 其他部分用于特定类型的钢结构式中: A 为截面积; M项安全系数。为与材料强度有关的分通用规则为方便起见, 特征屈服强度 f y 取为特定的结构钢屈服强度 R eH 最低“保证”值, 它在相关产品标准1002510 中规定。这并非“真正”的特一般为EN征值 (具有 95% 或任何其他统计确定的概率水平) ,它显然要高一些。更重要的是M 值需要考虑到截面 性质, 例如截面面积A 和屈服强度f y 的离散性。4比公称值大 20% 的钢产品一项由欧洲委员会资助的研究, 对欧洲 (包括英 国) 不同钢材生产企业的最近产品进行大量样本分析, 得到了有关截面特性、屈服强度和截面强度离散 性的规律。研究发现截面特性的平均值, 例如截面积A , 近似等于其公称值。而屈服强度f y 的平均值大约 要比公称值高 20% 。另外, 强度的概率分布曲线 (图1) 相当狭长, 而且可能是由于生产控制的原因, 在负 方向具有明显的截断。由屈服强度和截面特性的概率分布可得到 EN1990 目标可靠度 = 318 下的 R d , 相应的 M 值略小应用部分2钢桥2004 年 6 月3建筑物2003 年 2 月4- 1储槽2005 年 1 月4- 2圆筒仓2005 年 1 月4- 3管线2005 年 1 月5桩2004 年 4 月6塔吊支承结构2004 年 4 月7- 1塔桅2003 年 11 月1- 1一般规则2003 年 2 月1- 2防火设计2003 年 2 月1- 3冷作薄壁构件和薄板2003 年 2 月1- 4不锈钢2003 年 2 月1- 5受面内荷载的加劲板件2004 年 6 月1- 6钢壳体结构2004 年 8 月1- 7受面外荷载的加劲板件2004 年 8 月1- 8接头2003 年 2 月1- 9疲劳2004 年 2 月1- 10断裂强度和板厚方向特性2004 年 2 月1- 11缆索2004 年 6 月欧洲规范 3 各部分题目和内容颁布时间注: 对于结构钢, 采用公称值, 而不是以 95% 保证率值作为特征值。图 1 欧洲钢受拉杆件抗力的概率密度曲线倍, 平均抗力同样约为抗力公称值 A f y 的 112 倍。95% 保证率的抗力约为公称抗力A f y 的 111 倍。95% 保证率的抗力精确值并不重要, 因为设计 抗力是直接根据和 EN 1990 相一致的数据确定的。 上述设计抗力略大于公称抗力值, 因此可以偏保守 地取M 值为1。应该强调的是, 上述方法可行是因为 对于结构钢, 单位 1 的 M 值和屈服强度“最低保证” 公称值不会同时使用。对于钢筋, 设计中使用的特征 抗 力为 95% 的保证率, 因此需要一个稍大一点的 M 值来计算设计值。但是有可能的是, n 系数法存在的过于保守问题将通 过引入修正系数来优化调整, 使计算结果和 2000版B S 5950- 1 采用的修正m系数法结果接近。使 用 相 互 作 用 公 式 处 理 轴 力 和 弯 矩 组 合 作用。 同样, 细节上还未最终确定 (在最终草稿中提出 了两种方法) , 但无论如何都比目前的英国现有方法 复杂。6 几个有关标准其他有关标准包括以下几个方面:(1) 钢材特性;(2) 型钢和钢板的公差; (3) 常规螺栓;(4) 高强摩擦螺栓; (5) 焊极;(6) 制造与架设。611钢材特性 目前关于结构钢材特性在以下标准中规定: EN1002510 , EN 1011311 , EN 1013712 , EN 1015513 , EN 1021014 和 EN 1021915 , 最后两个标准是有关 结构空心型钢。新版的EN 10025 计划将上述标准综 合起来, 空心型钢钢材可能不包括在内, 也可能包括 在内。 所有这些已经被吸纳为B SEN 标准。用于冷轧型钢和钢板的薄板和钢带, 不论未处 理还是镀锌, 其B SEN 标准已经完成。它们已经和B S5950 中 5 7 和 9 部分一起付诸使用。612型钢和钢板的公差 各种板和各种类型型钢的公差规定分别在构成B SEN 的各个EN 标准中给出, 详细规定见B S 5950- 2。5轧制型钢的设计过程篇幅有限, 本文仅讨论采用轧制型钢的简单钢 结构杆件的主要过程。 它们根本上与其他众所熟悉的英国标准B S 5950- 1 和B S 5400- 3 相似。 对于受压杆件, 根据横截面类型和失稳轴线, 定义了多段曲线。 这些公式仅在细节上和现有英国实践不同。 与B S 5400-3 一样, 首先将杆件柔度转化为相对柔度, 由此取消了B S 5950-1 中对很多页表格的要求。 在截面抗力中引入折减系数 来计算杆件的失稳强度。对于受约束梁, 只要截面属于类型 1 ( 塑性) 或类 型2 (紧凑) , 截面抗力可根据塑性模量确定, 除了不同 类型的限制值方面的细节有区别外, 与B S 5950 - 1 一样。对于侧向无约束梁, 相比B S 5950- 1, 设计方法 与B S 5400- 3 更接近。同样采用相对柔度作为中间 步骤, 通过修正柔度而不是抗力来考虑弯矩图形状 的影响。考虑到 1990 版B S 5950- 1 使用者的习惯,螺栓、螺帽和垫圈见三个系列的 ISO标准, 即8结论欧洲规范 3 在结构类型、结构物形式以及设计 方法和材料方面, 涉及范围非常广泛。许多内容的大部分以前都没有列入规范。 对于采用轧制型钢的普通建筑物, 虽然设计过程有时会更复杂一些, 但设计结果的差异是很小的。与现存的英国标准相比, 实际的差异在于新的 设计方法。对于建筑物, 提供了对半刚性接头的详细方法。 对于冷轧钢结构, 采用了更先进的设计方法。 关于不锈钢的规则第一次出现。壳体和桩的设计、筒仓的设计都是新的。欧洲规范 3 通过统一形式, 为尽可能广泛的为 各种类型钢结构提供设计规则, 专业的钢结构设计 人员将会比以往获得更多的灵活性。ISO 401416 , ISO 403217 和 ISO 708918被吸收为B SEN ISO 标准。614高强摩擦螺栓 预紧紧固件中使用的高强摩擦螺栓, 关于它们的一系列新标准已经发展若干年了。 希望这些标准 可以在 2002 年前完成编制并批准, 但还需要等待。615焊极关于普通强度等级的各种类型钢材焊接电极的 一系列 EN 标准已经编制完成, 并已成为B SEN 。 详 细规定见B S 5950- 2。616制造与架设钢结构施工的规则 ( 制造和架设) , 原来在欧盟 委员会的主持下发展为欧洲规范 3 的一部分, 已从, 这些均已预 标 准 版 本 的 EN V设 计 规 则 中 独 立 开 来, 成 为119 。EN V参考文献:1090-1090 中2 6 部分陆续补充EN V了冷轧薄壁型钢和钢板、高强钢、结构空心型钢、桥梁和不锈钢等内容。 现在这些标准作为单独的 EN12345678B S 5950 p a r t s 1, 5, 6 and 9 fo r bu ild ing s, B S I.B S 5400 p a r t s 3, 9 and 10 fo r b r idge s, B S I. B S 2573 p a r t 1 fo r c rane s, B S I.B S 2853 fo r runw ay beam s, B S I. B S 4076 fo r stee l ch im ney s, B S I.B S 4604 fo r h igh 2st reng th f r ic t io n2g r ip bo lt s, B S I.B S 8100 fo r la t t ice tow e r s and m a st s, B S I.1090, 具有 EN地位。7英国的实践情况结 合欧洲规范 3 的起草工作, 在确定 M值的过程中, 英国已经开展了对欧洲规范 3 各部分内容设计规则的标定工作, 使之具有与 EN 1990 目标可靠 度指标 相一致的统一可靠度水平。EN V 1993-1- 1: 1992Gene ra l ru le s and ru le s fo rbu ild ing s, C EN , B ru sse ls.Gu lvane ssianH. EN 1990 E u ro co deB a sis o f de sign. EN 10025 H o t ro lled no n 2a llo y st ruc tu ra l need s, C EN , B ru sse ls.EN 10113 H o t ro lled w e ldab le f ine g ra in st ruc tu ra lstee ls, C EN , B ru sse ls.910另外, 在 EN V阶段, 英国管理部门结合国家应用文件的编制, 对目前的英国设计实践进行了深入的比较。这些研究表明, 欧洲规范3 可得到一个合适 的统一可靠度水平。关于设计抗力, 尽管不可避免地存在一些离散性, 平均来看欧洲规范 3 的设计抗力和相关B S 规范 得到的结果是相接近的, 其他被认为是代表当前英 国实践的一些设计内容没有被B S 列入。在 EN V 阶段, 荷载 ( 作用) 的分项系数 F 是固 定的, M 值由各个国家来修正各自值。在 EN 阶段, F 和M 系数要求由各国确定。在关于英国的结构欧洲规范应达到何种可靠度水平的某些问题上, 需要 做出决策。 它决定了各种欧洲规范与当前英国实践 相比的经济性。几个采用 EN V 版本欧洲规范 3 的各种设计例 子出现在SC I 出版物上20 23 。除了有关剪切失稳和轴力弯矩组合作用内容, 绝大部分同样适合于 EN111210137H igh y ie ld st reng th st ruc tu ra l stee ls,ENquench ed and tem p e red, C EN , B ru sse ls.EN 10155 S t ruc tu ra l stee ls w ith im p ro ved co r ro sio n re sistance, C EN , B ru sse ls.EN 10210 H o t f in ish ed st ruc tu ra l ho llow sec t io n s,C EN , B ru sse ls.13141510219ENCo ld fo rm ed w e lded st ruc tu ra l ho llowsec t io n s, C EN , B ru sse ls.H exago n h ead bo lt sP ro duc t g rade s16ISOA &B.401417ISO 4032 H exago n nu t s, sty le 1P ro duc t g rade sA &B.187089P la in w a sh e r sN o rm a l se r ie sP ro duc tISOG rade A.1 E xecu t io n o f stee l st ruc tu re s P a r t19EN V1090 -文章编号: 0451- 0712 (2005) 05- 0040- 04中图分类号:U 443138文献标识码: B滨州黄河公路大桥斜拉索安装工艺探究卢发亮1 , 王晓声2( 1. 山东交通学院 济南市 250023; 2. 山东省路桥集团有限公司 济南市 250021)摘 要:滨州黄河公路大桥主桥为 6 跨连续 PC 箱梁三塔双索面斜拉桥, 斜拉索为直径 7 mm 的镀锌高强低松弛钢丝。斜拉索安装分为放索、安装、牵引、张拉 4 道工序。为保护斜拉索 P E 保护层, 斜拉索吊装时采用尼龙绳, 运输采用自制的运索平车, 运索平车设有导向转盘, 放缩盘增设刹车装置。在塔上安装大吨位的斜拉索时首次采用两 道索夹牵引的方法, 减小了导链引索的引力, 有效避免了斜拉索的滑脱。斜拉索张拉分3 次进行, 第1 次张拉时为避 免引索时刮伤保护层, 针对挂篮悬浇端和支架现浇端的特点, 分别设计制作了挂篮端引索支撑架和现浇端引索支撑架。 斜拉索安装工艺改进后, 有效地保护了斜拉索 P E 层, 提高了工作效率和安全性。关键词: 斜拉桥; 斜拉索; 放索; 安装; 牵引; 张拉1滨州黄河公路大桥概况滨州黄河公路大桥分为南引桥、北引桥与主桥 三部分。南引桥长67512 m , 北引桥长25512 m , 主桥长 768 m 。 主桥为 242 m + 2300 m + 242 m6 跨连续 PC 箱梁三塔双索面斜拉桥。 采用双柱式 索塔, 中塔总高125125 m , 边塔总高761778 m 。主梁全长76711 m , 标准断面全宽为3218 m , 高3 m 。大桥机械自升式塔吊 2 台、吊装龙门 1 个、20 t 吊机 3 台、10 t 卷扬机4 台、5 t 卷扬机10 台、650 t 千斤顶8 台、500 t 千斤顶 8 台、80 液压油泵 4 台、70 液压油泵 8台、反力架 12 个、运索平车 1 辆、放索盘 3 个, 吊篮、 钢丝绳、麻绳、转向滑轮、导链、索夹、展索小平车、连接器、丝杠若干。斜拉索采用直径为 7 mm的镀锌高强度低松弛钢3斜拉索的放索、安装、牵引、张拉311斜拉索的放索斜拉索运输到施工现场, 将卸下的斜拉索用吊 机放到桥面下方, 斜拉索下面支垫方木, 再通过吊机 将斜拉索吊到桥面, 放到运索平车上, 吊装时用尼龙吊带进行吊装, 以防止损伤斜拉索 P E 层。考虑到斜 拉索最大索重超过20 t, 超过10 t 的有40 根, 为保证斜拉索吊运安全和减小施工费用, 在吊大吨位的斜拉索时则采用龙门吊索, 如图1 所示。龙门位于距中 塔根部 5 m 处, 龙门一端位于承台上, 另一端位于主(109 283) 型冷铸锚, 锚杯及螺丝, 锚具采用LM 7-母采用C rM o 钢, 坯件为锻件, 拉索型号为 7 - 1217- 337 丝。拉索为热挤双层 P E , 一次成型, 内层为黑 色高密度聚乙烯, 外层为彩色高密度聚乙烯。中塔斜拉索为桔红色, 边塔拉索为白色。最长索约220 m , 最大 索重约 22 t, 全桥拉索共计 200 根, 共重约1 158 t。2斜拉索施工主要设备斜拉索施工机具包括挂索和张拉机具, 主要有:收稿日期: 2004- 12-18B ru sse ls.N a rayanan R ,Co n st ruc t io n In st itu te, A sco t, 1997.K ing C M . D e sign o f stee l po r ta l f ram e s fo r E u rop e. P ub lica t io n P - 164, S tee l Co n st ruc t io n In st itu te,20L aw le ss V , N a ji F J , T ay lo r J C.22In t ro duc t io n to Co nc ise E u ro co de 3 (C -EC 3) w ithw o rk ed exam p le s. P ub lica t io n PCo n st ruc t io n In st itu te, A sco t, 1993.-115,A sco t,2001.S tee l23Co uchm an G H. D e sign o f co ld fo rm ed stee l sec t io n sand sh ee t ing to E u ro co de 3: P a r t 1. 3. P ub lica t io n P- 251, S tee l Co n st ruc t io n In st itu te, A sco t, 2001.21S tee l Co n st ruc t io n In st itu te. Sec t io n p rop e r t ie s andm em be r re sistance s to E u ro co de 3 (U B , U C andfile:/D|/新建 Microsoft Word 文档.txtdf机及ov及ojxlkvjlkxcmvkmxclkjlk;jsdfljklem,.xmv/.,mzxlkjvolfdjiojvkldffile:/D|/新建 Microsoft Word 文档.txt2012/8/2 16:09:56