[PPT]钢材性质与结构体系设计综述

1、1高等钢结构理论2010年9月26日2课程特点实践性：从工程实践中发现问题，总结经验；综合性：综合应用各种知识解决问题；创新性：创造新的技术，推动工程实践发展。3第一章 钢材性质与结构体系设计综述1.1 钢结构的核心价值1.2 钢结构工程发展的主要四个领域1.3 选用钢结构的基本原因和附加原因1.4 钢结构设计的流程1.5 钢结构的验算1.6 钢结构的概念设计： 1.6.1 钢结构荷载与作用的特点 1.6.2 提高钢结构承载效率的方法 1.6.3 提高钢结构建造和维护工作效率的方法 1.6.4 提高钢结构延性的方法1.7 钢结构的创新反向平衡法兰的研发41.1 钢结构的核心价值：承、重比高、快

2、速施工和延性好1）承载能力与重量之比高（用于主体结构） 传统概念：强质比，针对材料 新概念：承、重比，针对结构 区别：承载能力包含材料强度因素，也包含用此种材料做成结构件的几何要素，如作为梁、柱，钢材可形成高效的截面；作为楼板，钢材难以形成适用、高效（高抗弯模量、高惯性矩）的截面。 2）工厂制作，工地螺栓连接，施工周期短 i）工厂制作（成形、焊接、涂装）优质高效 ii）工地螺栓连接快速、省工 iii）充分利用时间与空间交叉特性，节约工期 51.1 钢结构的核心价值：轻质、快速和延性好3）结构延性好 i）在极限荷载与作用下可进行内力重分布 ii）可耗能减振4）为实现钢结构核心价值应解决的问题 i

3、）稳定问题 ii）锈蚀问题 iii）防火问题 61.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因1、单层轻钢厂房及仓库 工程受力特点：表面活荷载小，跨度大工程外形特点：简单、标准化71.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因大众汽车三期工程山东省日照市双禾家纺轻钢车间某轻钢厂房现代轻型钢结构厂房81.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因2、大跨度公共建筑屋面工程受力特点：表面活荷载小，跨度大工程外形特点：造型复杂多变代表建筑物 江宁体育场 详见幻灯片10 上海浦东国际机场 详见幻灯片11 上海新国际博览中心 详见幻灯片12 南京奥林匹克体育中心 详见幻灯片13 国家体育场的“鸟巢”方案 详见幻灯片

4、1491.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因江宁体育场 大跨度公共建筑101.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因9 大跨度公共建筑上海浦东国际机场111.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因 大跨度公共建筑上海新国际博览中心121.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因 大跨度公共建筑 南京奥体中心主场馆的整体雄姿131.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因 大跨度公共建筑2008奥运会国家体育场方案141.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因3、超高层建筑工程受力特点：结构水平荷载与作用和高度的平方成正比，结构的竖向力作用与水平力作用有耦连放大之势。代表建筑物 上海金贸大厦 详

5、见幻灯片16 浦东国际金融大厦 详见幻灯片17 北京京广中心 详见幻灯片17 深圳地王大厦 详见幻灯片18 广州中信大厦 详见幻灯片19151.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因 1998年 金茂大厦 88层 420m 混凝土核心筒:钢巨型外伸桁架,钢骨混凝土巨型柱 超高层建筑161.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因 超高层建筑浦东国际金融大厦226m高，56层，12万m2，2000年竣工。北京京广中心208m高，52层171.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因 超高层建筑1996年：深圳地王大厦混凝土核心筒，钢框架81层，384m高，14.7万m2，用钢量为24500T。181

6、.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因 超高层建筑深圳发展中心大厦广州中信大厦广州中信大厦华南第一高楼，391m高，80层。191.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因4、高耸结构工程受力特点同超高层建筑代表建筑物（结构设计创意，结构形式，特点） 佛山广播电视塔（230m高） 详见幻灯片20 黑龙江广播电视塔（336m高）详见幻灯片22 林芝电视塔 （103m高） 详见幻灯片22 临沂电视塔 （326m高） 详见幻灯片22 海南电视塔 详见幻灯片22 河南电视塔 （388m高） 详见幻灯片22201.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因高耸结构230m高佛山广播电视塔211.2 钢结构工

7、程发展的主要四个领域及原因高耸结构 黑龙江广播电视塔被称为龙塔，坐落在哈尔滨高新技术开发区，高度为336米，亚洲第一钢塔。电视塔集广播电视发射、旅游观光、广告传播、餐饮娱乐、科技乐园、无线通讯、环境气象监测等多种综合性功能于一身，成为素有“东方莫斯科”美誉的北国名城哈尔滨市乃至黑龙江省新的标志性景观。黑龙江电视塔221.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因高耸结构 西藏林芝多功能电视塔建于具有“西藏江南”之称的林芝市，塔高103米。该塔既具有电视发射功能，又兼有旅游观光功能。林芝电视塔塔身由36根笔直的钢管在空中巧妙地组合成双曲抛物面，充分体现了现代建筑优美而独特的造型风格；其内由压型钢板和

8、采光板构成的正十六边形井道，玲珑剔透，与外塔身配合相得益彰。林芝电视塔231.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因高耸结构临沂电视塔总高326米，塔顶天线段总高98米。塔楼总体呈笔头状；塔身沿渐开线状桁架向下有一些不锈钢索，使塔身像一架竖琴，给人以音乐的美感。塔座为多层建筑，平面为渐开线状，立面由内向外逐渐降低，恰似舒展的竹简。最奇妙的是竹简形幕墙上的窗洞大小参差，疏密有致，细看能品位出书法作品那种出神入化的韵味。 临沂电视塔241.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因高耸结构海南电视塔方案由900个立方体钢框架构成，四翼呈螺旋状收缩上升，塔座平面布局呈风车状，塔楼根据需要，采用玻璃幕墙对

9、立方体框架进行封闭，形成镶嵌在金属框架中晶莹剔透的宝石。海南电视塔方案251.2 钢结构工程发展的主要四个领域及原因高耸结构 河南省广播电视发射塔总高388m ,由塔身结构、塔楼结构及桅杆结构等组成。塔身由内筒及外筒组成,采用全钢结构。外筒由10 根桉叶糖形钢管塔柱构成。河南电视塔261.3 选用钢结构的基本原因和附加原因1）基本原因： 活荷载与全部竖向荷载之比越小，采用钢结构优越性更大；2）附加原因： i）跨度大，结构效应放大系数大 ii）地震烈度大 iii）软土地基 IV）劳动力价格高 V）造型复杂 271.4 钢结构设计的流程图1-1 钢结构设计流程图 前期准备，调查研究概念设计和结构布

10、置施工图设计初步设计281.5 钢结构验算的内容图1-2 钢结构验算内容图 291.6 钢结构概念设计1.6.1 钢结构荷载与作用的特点1）风荷载 i）阵风系数 gz（计算墙、梁） 和风振系数z （计算主体结构） ii）风荷载的方向及其与重力荷载的组合以及产生的结构效应2）冰雪荷载：条件、取值和导向3）温度作用：整体尺度，平衡点； 分析相对温差，释放温差效应，初始温度控制及温差效应的选取4）地震作用 减轻附属结构 增加结构延性 减少地震作用效应 增大结构阻尼5）荷载与结构的变异301.6 钢结构概念设计1.6.2 提高钢结构承载效率的方法1）使尽可能多的构件处于均布和简单应力状态（如桁架，拱，

11、索结构等）2）均衡发挥结构整体效应： 如对高层钢结构的筒中筒，外筒与内筒共同抗弯，但若外筒柱长细比加大，则不能与内筒共同抗弯，要用桁架法解决共同抗弯问题。3）传力直接例1）龙门吊提升支架柱的连接法兰图。 柱的压力通过局部承压直线传递 （不通过法兰板抗弯及焊缝传递） 龙门吊提升支架柱的连接法兰图311.6 钢结构概念设计龙门吊提升支架大梁连接图例2）龙门吊提升支架大梁连接图。 梁上翼缘压力通过局部承压直线传递（不通过高强螺栓抗剪传递） 例3）高强螺栓直接张拉法 提高螺栓强度20%321.6 钢结构概念设计4）利用各种可能的因素传递内力 例：利用柱脚次弯矩产生的柱脚局部弯曲压应力产生剪力抗剪，取消

12、抗剪键。5）区别不同受力类别和比例，分别确定稳定控制条件和验算方法。 例：对轴压柱，径厚比限定小于100；对于主要受弯管结构，径厚比超过100250之间，可对强度作折减。331.6 钢结构概念设计6）通过研究明确结构传力途径 例：法兰板受压，法兰板受拉。 法兰连接示意法兰板计算341.6 钢结构概念设计6）通过研究明确结构传力途径 例：外法兰受弯，内法兰受弯。 外法兰盘内法兰盘351.6 钢结构概念设计1.6.3 提高钢结构建造和维护工作效率的方法1）基本方法：工厂制造，工地螺栓连接2）工厂成型，焊接有专用设备，优质高效，检验严格，还可消除部分内应力3）工厂制作完喷砂后作防腐蚀涂层，工地螺栓连

13、接保护涂层完好，提高结构耐久性4）工地螺栓连接省时、省工，内应力小5）螺栓连接特殊问题的处理： i）螺栓连接的位置选择 a ）考虑构件制造、运输、安装单元划分； b ）考虑安装设备及安装工艺 c ）考虑内力较小位置 d ）考虑节约用钢量 e ）对设计内力较小而变异较大的构件采用均衡设计法361.6 钢结构概念设计ii）螺栓连接与工地焊接的适当互补 a）螺栓为焊缝作定位保证 b）焊接用于翼缘受力直接、高效，无突出物。 c ）螺栓要与焊缝共同受力须为高强螺栓iii）螺栓的防松 a ）普通螺栓应要求在荷载频遇值下不滑动。（预拉力取1/3P） b ）普通螺栓用双螺母或扣紧螺母防松 c ）受剪、受拉高强

14、螺栓靠预应力防松 d ）受疲劳拉、压交变力的高强螺栓连接使用长螺杆，直接张拉法施工防 松 371.6 钢结构概念设计1.6.4 提高钢结构延性的措施1）保证材料延性和冲击韧性 参数：延性，冲击韧性，厚度，Z向性能，杂质含量2）避免外形突然变化或锐角交叉3）避免焊缝三向交叉及大量集中4）连接配置刚柔相济，减少安装应力5）用滑移，转换结构造成可控的延性变形 例：高强螺栓由摩擦型向承压型转换过程及其应用 38长圆孔变型性高强螺栓节点 长圆孔变型性高强螺栓节点 概念 按照控制梁上塑性铰的原则, 采用长圆孔变型性高强螺栓节点作为抗震延性节点。所谓变型性,是指在加载过程中,连接节点的高强螺栓由摩擦型变成承

15、压型这种性能。节点的翼缘与腹板均采用螺栓连接,螺栓孔开成长圆形,通过螺栓的滑动来增加节点的延性变形能力。39长圆孔变型性高强螺栓节点 试验概况 i）试验对象 试验对象为钢框架结构中带悬臂梁段的梁柱刚接节点，其中柱截面为HN800 300,通过支座及锚栓固定在试验台上,梁截面为HM600 300。 对4个试件进行循环加载,其中1个为对比试件, 3个为优化试件。对比试件节点连接采用实际工程中应用较多翼缘完全焊透的坡口对接焊,腹板用螺栓连接。而优化试件采用的是长圆孔变型性高强螺栓连接节点，长圆孔长轴方向是沿梁的轴线方向 ，构件在连接处接触面处理方法为喷砂后生赤锈。40长圆孔变型性高强螺栓节点 ii）

16、试验加载点与测点布置 采用液压千斤顶在梁端加劲肋处施加循环荷载P ,上下2个千斤顶分别加载。为了防止试件发生整体失稳,在梁的两侧各设置1个侧向支撑。 为了测量梁的变形及塑性转角,在梁上C1、C2、C3、C4 位置布置测点,每个测点处都布置电子位移计。为测量加载过程中节点处的应力,在拼接板上粘贴了电阻应变片 。加载点及测点布置图iii）加载制度 采用低周反复加载模式,即在每级荷载下按静力荷载试验的模式加载和卸载,再反向加卸载进行低周循环。41长圆孔变型性高强螺栓节点 试验现象 弹性阶段： 4 个试件加载中均无声音发出,试件几乎没有任何变形。 塑性阶段：对比试件在加载中逐渐听见细微的响声,最终剖口

17、处的腹板与翼缘连接处出现断裂（图a）。3个优化试件, 随着循环荷载的增大,翼缘拼接板出现弯曲变形（图b），并在加载过程中伴随着数声巨响,翼缘的上下两块拼接板发生错动。最终翼缘连接板屈曲,梁端变形过大,试件发生扭转,停止加载。在试验结束之后观察,螺栓在连接板上留下的滑移痕迹非常明显（图c）。图 a图 c图 b42长圆孔变型性高强螺栓节点 试验结果与分析 i）滞回性能 对比试件的滞回曲线呈纺锤型,无捏拢现象,而优化试件的滞回曲线基本成平行四边形,滞回环所包含的面积较大,说明具有较好的耗能能力。试件滞回曲线图43长圆孔变型性高强螺栓节点 ii）塑性转角 对比试件的塑性转角只达到0.0204 rad,

18、而3个优化试件的塑性转角都大于0.05 rad,远远超过了0.03 rad（ FEMA临时指南要求刚性连接试件在破坏时的塑性转角）,抗震性能得到大幅提高。梁端塑性转角表注：p 是指梁端塑性位移除以梁的长度。 iii）延性 3个优化试件节点的位移延性系数达到对比试件的23倍,延性变形能力有较大的提高。 延性系数表注：位移延性系数根据C4点的极限位移u 与屈服位移y (梁截面进入塑性或螺栓滑移时对应的位移)之比来确定。44长圆孔变型性高强螺栓节点 iv）耗能能力 试件的能量耗散能力用能量耗散系数E表示。对比试件随着构件进入塑性,能量耗散系数E 逐渐增大, 最终破坏时耗散系数达到1.45。而优化试件

19、的能量耗散系数都是先增大后减小,进入塑性之后,通过螺栓的滑移,构件的耗能能力有了明显的提升,在塑性阶段, 3 个构件的能量耗散系数分别达到2.33、2.01、1.94。E-关系曲线图45反向平衡法兰创新设计过程反向平衡法兰极限承载力试验试验目的GJ2说明、试验现象及结果分析液压张拉器研制调兵山风场试验塔筒实体安装及现场实测实体安装实测目的安装阶段实测发电200小时后实测反向平衡法兰疲劳试验试验目的GJ1说明、试验现象及结果分析结论1.7 钢结构的创新反向平衡法兰的研发461.7.1 反向平衡法兰创新设计过程厚型锻造法兰优点： 焊缝少，抗疲劳性能好， 法兰刚度大。缺点： 造价太高，端面要铣平，

20、材料用量大，螺孔偏差不 易处理。47厚型锻造法兰 双层法兰优点： 螺栓直径减小，数量增多以改善 手工操作条件，并减小法兰板尺 寸及跨度，从而减小法兰板厚度， 减少用钢量。缺点： 焊接工作量增大较多，部分焊缝 有施工干扰；端面铣平加工量仍 较大（无改善）。1.7.1 反向平衡法兰创新设计过程48厚型锻造法兰 双层法兰 反向法兰优点： 1）取消下法兰板后焊接工作量减 少，且加劲板的焊接不受下法兰 板的阻挡，质量易于保证；2）铣平加工仅对钢管端面，工作量 大为减少；3）用钢量比双层法兰减少；4）保持螺栓加预拉力便利的特点， 从而抗疲劳性能及维护性能不变。1. 7.1 反向平衡法兰创新设计过程49缺点

21、： 反向法兰中加劲板与钢管连接焊缝的弯曲作用很大，除了要增加加劲板长度外，还会对钢管端部区域产生较大的径向压力。由于这部分径向压力缺少环状下层法兰的平衡，故在钢管端部引起很大的环向拉应力。若要减小这一环向拉应力，则要加长法兰的加劲板，加劲板长了，螺栓也要加长，用钢量又会上升。厚型锻造法兰 双层法兰 反向法兰1.7.1 反向平衡法兰创新设计过程50厚型锻造法兰 双层法兰 反向法兰 反向平衡法兰优点：1）螺栓直径小，长度适当，可精确控 制预拉力值从而达到抗疲劳和免维护功能（功能比厚型锻铸法兰提高）；2）螺栓操作间距不受加劲板影响， 螺栓布置细密紧凑，法兰板减薄；1.7.1 反向平衡法兰创新设计过程

22、51优点：3）减小钢材20%以上，同时降低法兰部分每吨成品单价60%；4） 端铣加工面减少；5）对管壁无不利作用；6）焊接量较少，焊接便利；7）已有适当工艺措施保证接触面质量。1.7.1 反向平衡法兰创新设计过程厚型锻造法兰 双层法兰 反向法兰 反向平衡法兰521.7.2 反向平衡法兰极限承载力试验试验目的判断反向平衡法兰节点在设计荷载情况下是否 满足受力要求 对法兰节点应力、变形做出评估法兰节点的失效模式及极限承载力为设计提供参考依据，并根据需要对设计提出 改进意见 531.7.2 反向平衡法兰极限承载力试验试验说明标高15.92m57.92m 段1:3模型GJ2节点管壁外径厚度(mm)加劲

23、板高度厚度(mm)法兰板宽度厚度(mm)螺栓个数螺栓直径螺栓预紧力(kN)钢管面积比钢管惯性矩比螺栓预紧力比缩尺模型FL2897447742872M1240111FL310745477428108M1240111实际构件FL2269012140181202572M303558.9980.98.9FL33222161401812025108M303559.686.38.9541.7.2 反向平衡法兰极限承载力试验GJ2说明加工图纸FL3FL2551.7.2 反向平衡法兰极限承载力试验GJ2说明测试方案3-3截面处应变片(S1S3)6-6截面处应变片(S4S6)节点根部1-1截面处应变花 (T1T

24、3)节点外2-2截面处应变花 (T4T6)节点根部4-4截面处应变花 (T7T19)节点外5-5截面处应变花 (T10T12)合计：6片应变片，12个应 位移测试：WY1WY3合计：3个位移计 561.7.2 反向平衡法兰极限承载力试验GJ2说明加载方案 GJ2节点FL2和FL3的设计弯矩荷载值对应的千斤顶的竖向加载值为P=46KN。 1:3缩尺后，为保证截面缩尺后的应力分布及应力水平和实际构件一致，缩尺构件上的作用力、亦应按比例减小。 FL3FL2所以：571.7.2 反向平衡法兰极限承载力试验GJ2说明加载方案卧式加载加载分两个阶段：第一阶段，分级加载到1.2倍设计荷载(1.2x46=55

25、kN)， 然后卸载；第二阶段，分级加载，直至试件破坏。581.7.2 反向平衡法兰极限承载力试验GJ2试验现象及结果分析三个位移测点荷载-位移曲线1.2倍设计荷载作用下，钢管和法兰节点的刚度没有发生突变。卸载时各位移测点位移均基本回弹至初始位置，整个试件处于弹性状态。1.52倍设计荷载时，钢管局部屈曲先于法兰节点破坏，说明法兰节点强度足够，具备了相当的安全储备。 1.52倍设计荷载时，距FL3节点根部3.5m处受压区钢管发生局部失稳。该截面所受弯矩为775.4kN.m，为规范计算所得钢管抗弯承载力(739.6kN.m)的1.05倍。 591.7.2 反向平衡法兰极限承载力试验GJ2试验现象及结

26、果分析钢管截面测点应力601.7.2 反向平衡法兰极限承载力试验GJ2试验现象及结果分析FL2节点法兰段内钢管同一截面测点应力FL2节点法兰段外钢管同一截面测点应力 T7T9测点在法兰螺栓预紧力施加之后布置，其应变值反映的是该点的应变的变化量。卸载时，基本上线性变化回归至初始状态，可知钢材处于弹性阶段。611.7.2 反向平衡法兰极限承载力试验GJ2试验现象及结果分析FL3节点法兰段内钢管同一截面测点应力FL3节点法兰段外钢管同一截面测点应力 T1T3测点在法兰螺栓预紧力施加之后布置其应变值反映的是该点的应变的变化量。卸载时，基本上线性变化回归至初始状态，可知钢材处于弹性阶段。 试件上下各测点

27、的应变随荷载增加而增加，呈线弹性变化趋势。加载至1.2倍设计荷载时，最大Von-mises应力289.9MPa发生在T6点，所有试验测点应力均小于材料屈服强度。621.7.2 反向平衡法兰极限承载力试验GJ2试验现象及结果分析FL3节点法兰段内钢管同一截面测点应力FL3节点法兰段外钢管同一截面测点应力 T1在0.87倍设计荷载时应力不再随荷载增加而增加，T1附近T4的荷载-应力曲线也出现了拐点，说明此时FL3节点受拉区最外边的钢管壁已经不再是受压顶紧状态，但从外观上钢管壁仍然贴紧并无脱开迹象。 0.87倍设计荷载已大于荷载标准值，出现这种现象可能原因是缩尺模型太小，预拉力施加不足。 631.7

28、.3 液压张拉器研制规范背景1）钢结构设计规范第7.2.2条规定，高强螺栓预拉力 所以用扭矩对高强螺栓施加预拉力使高强螺栓的预拉 力值以及承载能力值降低2）扭矩、扭矩系数是手段，最终目的及检验手段的标准仍为 预拉力值的正确与否；3）目前施工验收规范对预拉力值的允许偏差较大；(如M30， 10.9级螺栓预拉力范围为325390kN，偏差为-89.9）4）目前施工验收规范对扭矩系数的允许相对误差在 15左右。641.7.3 液压张拉器研制液压张拉器的特点一、液压张拉高强螺栓可以达到相当大的预拉力。对于大直径高 强螺栓，与用扭矩扳手相比，明显降低工人劳动强度。（如M30，10.9级，扭矩T=1.76

29、kNm）二、与不同的夹具配套使用，可解决紧固高强螺栓时工具本身的固定问题： 1. 无加劲法兰高强螺栓连接，加“ ”形支架固定张拉器； 2. 有加劲肋法兰高强螺栓连接，直接将拉力器压在加劲板上；651.7.3 液压张拉器研制液压张拉器的特点 3. 支架与螺杆的灵活多变。661.7.3 液压张拉器研制液压张拉器的应用范围 1）镀锌高强螺栓； 2）仅扭矩系数过期，其它性能符合标准的高强螺栓； 3）重复使用多次的高强螺栓； 4）刚接柱基施加预拉力的锚栓； 5）一般高强螺栓。671.7.3 液压张拉器研制动画演示动画681.7.4 调兵山风场试验塔筒实体安装及现场实测实体安装安装中段准备中段反向平衡法兰

30、对接691.7.4 调兵山风场试验塔筒实体安装及现场实测实体安装安装上段试验塔筒安装成功701.7.4 调兵山风场试验塔筒实体安装及现场实测实测目的测量反向平衡法兰高强螺栓使用液压 张拉器后螺栓的应力状况，张拉操作 中预拉力损失以及螺杆剪应力大小及 方向测量使用电动扭矩扳手或使用手动加 力扳手时，螺栓达到设计预拉力值以 及螺杆剪应力大小及方向测量风机发电200小时后风机塔筒法兰螺栓拉应力变化状况测量法兰加劲板平衡面顶紧处应力 711.7.4调兵山风场试验塔筒实体安装及现场实测安装阶段实测721.7.4 调兵山风场试验塔筒实体安装及现场实测安装阶段实测采点次数A-3C-1备注螺栓拉应力 MPa平

31、衡面附近压应力1-8702278-225469.3-46.4-0241油压500516.4-49.6-0291559.3-59.9-0.1074-10402780-278油压570572.7-57.3-0.1005-10562928-267拧紧603.2-55.0-0223卸压492.3-45.9-0201张拉松动螺栓后，扳手拧紧389.8-41.4-0.106预拉力损失14.0%预应力损失后接近设计预拉力注：M30螺栓设计预拉力355kN对应拉应力为502MPa731.7.4 调

32、兵山风场试验塔筒实体安装及现场实测安装阶段实测采点次数螺栓拉应力 MPa平衡面附近压应力1469.3-46.4-0.0992516.4-49.6-0.0963559.3-59.9-0.1074572.7-57.3-0.1005603.2-55.0-0.0916492.3-45.9-0.0937389.8-41.4-0.106 实测时单侧螺栓施加预紧力，平衡面附近压应力随着螺栓拉应力增大而增大，平衡面压应力约为测得螺栓拉力的0.1倍，与计算结果相符。741.7.4 调兵山风场试验塔筒实体安装及现场实测安装阶段实测采点次数A-3C-1备注螺栓拉应力 MPa平衡面附近压应力7-15151892-20

33、1张拉松动螺栓后，扳手拧紧389.8-41.4-0.106 使用扳手拧紧，螺栓拉力为设计预拉力的0.78倍时，剪应力为90MPa，是螺栓拉应力(389.8MPa)的0.23倍，折算应力 是拉应力(389.8MPa)的1.08倍。实测所得使用扳手拧紧对螺栓的扭转不利作用与规范吻合。 使用手动加力扳手(四人推动)螺栓拉应力能达到389.8MPa，约为螺栓设计拉应力502MPa的0.8倍。751.7.4 调兵山风场试验塔筒实体安装及现场实测安装阶段实测采点次数备注螺栓剪应力MPa螺栓拉应力MPa1-4106651513油压300-227-18.0311.7-0.0582-5708221970油压40

34、0-244-19.3405.8-0.0483-7289962483油压500-237-18.8511.5-0.0374-73310742533拧紧-348-27.6521.8-0.0535-6359412176卸压-341-27.0448.3-0.0606-84112212875油压570-408-32.3592.3-0.0557-85212102895拧紧-377-29.9596.4-0.0508-69910172428卸压-305-24.2500.2-0.048预拉力损失12.4%预拉力损失15.5%预应力损失后接近设计预拉力A-2螺栓761.7.4 调兵山风场试验塔筒实体安装及现场实测安

35、装阶段实测采点次数螺栓剪应力MPa螺栓拉应力MPa1-18.0311.7-0.0582-19.3405.8-0.0483-18.8511.5-0.0374-27.6521.8-0.0535-27.0448.3-0.0606-32.3592.3-0.0557-29.9596.4-0.0508-24.2500.2-0.048A-2螺栓 使用液压张拉器张拉螺栓时，螺栓中剪应力约为拉应力的0.05倍，该剪应力由螺杆与螺母之间的环向静摩擦引起。螺栓剪应力很小，基本处于单向受拉应力状态。771.7.4 调兵山风场试验塔筒实体安装及现场实测安装阶段实测螺栓备注螺栓拉应力(MPa)A-3油压570572.7拧

36、紧603.2卸压492.3A-2油压500511.5拧紧521.8卸压448.3油压570592.3拧紧596.4卸压500.2预拉力损失12.4%预拉力损失15.5%预应力损失后接近设计预拉力预拉力损失14.0%预应力损失后接近设计预拉力 螺栓预拉力损失随着张拉力的增大而增大。超张拉至500时，预拉力损失约为12.4%；超张拉至油压570，预拉力损失约15%。781.7.4 调兵山风场试验塔筒实体安装及现场实测发电200小时实测 风机调试发电200小时后，于5月912日对调兵山风力发电场65#、66#试验塔筒反向平衡法兰螺栓检测得到以下结果：张拉器对螺栓张拉至325kN(设计预拉力355kN

37、的0.91倍)时，梅花扳手均不能推动。说明所有螺栓的预拉力满足钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001)要求。附录B紧固件连接工程检验项目第B.0.4条 表B.0.4 螺栓预拉力值范围(kN)螺栓规格(mm)M16M20M22M24M27M30预拉力值P10.9s991131421771752152062502653243253908.8s6278100120125150140170185225230275张拉器对螺栓张拉至设计预拉力355kN时，两座试验塔筒反向平衡法兰360个螺栓中有21个螺栓梅花扳手能推动(占全部螺栓的5.8%)。说明5.8%螺栓预拉力有所减小。791.7.4

38、 调兵山风场试验塔筒实体安装及现场实测发电200小时实测 检测过程中对这21个预拉力不足的螺栓超张拉，螺母拧紧卸压预拉力损失后螺栓预拉力为螺栓设计预拉力355kN。 少数螺栓预拉力减小的可能原因是：这些螺栓在附近螺栓较松的情况下张拉至设计预拉力，而附近螺栓张拉至设计预拉力产生的压缩变形使这些螺栓预拉力有一定减小。 因此在螺栓张拉施工过程中，应严格按施工过程张拉到位，尽可能避免先张拉的螺栓在后张拉螺栓的作用下预拉力减小。 801.7.5 反向平衡法兰疲劳试验试验目的疲劳荷载下，验证反向平衡法兰连接的抗疲劳荷载作用性能 811.7.5 反向平衡法兰疲劳试验GJ1说明标高36.92m45.92m 段1:2缩尺节点管壁外径厚度(mm)加劲板高度厚度(mm)法兰板宽度厚度(mm)螺栓个数螺栓直径螺栓预紧力(kN)钢管面积比钢管惯性矩比螺栓预紧力比缩尺模型FL213456709601272M1690111厚法兰13286/612860M20155111实际构件FL2269012140181202572M303554.016.03.9