上一篇的文章中聊到了建筑外形的“扭”,扭出了新的象征标志。但是对于钢结构自身来说,是最怕“扭”的。
为什么怕扭
我们举个例子就可以非常容易明白其中的原因。 评价一个构件的抗扭能力,扭转常数 J 是一个很重要的参数。 现在我们找一组相同高度、相同截面面积的H型钢和箱型钢来对比下。根据美标的公式计算结果如下:
H型 | 箱型 | 比值 |
5.74×105 | 2.71×108 | 1:472 |
计算出来的应力比值约是30倍。
如果是500x250的矩形截面呢?这个值就是 1.8×10^9 是H型的3000多倍。应力是1:184。
数值一对比,可见H型钢的抗扭能力,是多么的弱。
所以还是要尽量避免扭转的,虽然已经有了抗扭设计方法。下面就先看看一些被扭坏了的钢结构。
102 大道桥
2015年,加拿大Groat Road上102 大道桥,在建设过程中,发生了三根大梁的扭曲变形,因此延误了一年的工期,每天的损失大约是1.2万美元。事故的原因是分包商Supreme Steel误解了工程图纸上所需支撑的标准,没有在释放吊车之前安装足够的永久支撑,使得钢梁承受了过大的自重力而发生扭转屈曲。
69号公路桥
1995年,美国田纳西州的69号公路桥在施工过程中发生了重大事故,两根已架设的钢梁突然坍塌,掉入田纳西河中。当时有三名工人在钢梁上工作,他们也随之落水。
对田纳西河上69号公路桥坍塌的调查表明,坍塌是由于拆除了一个十字框架构件而开始的。事故的原因是分包商没有按照设计图纸上的要求,正确地安装钢梁的支撑系统,导致钢梁承受了过大的自重力而发生扭转屈曲。分包商是一家名为Pittsburgh-Des Moines Steel Company的公司,它负责制造和安装钢梁,但在事故发生前,没有对钢梁进行足够的检测,也存在不少加工质量问题。
A&M 大学马术综合体的谷仓
2013年,当时德克萨斯A&M 大学正在建设一个价值8000万美元的马术中心。在离主校区约一英里的地方,一个大约300英尺长的谷仓框架突然倒塌,造成四名工人受伤。OSHA 确定当时正在建设的谷仓因结构稳定性问题而倒塌。
小结
开口截面的构件,抗扭能力弱,扭转变形很难控制,设计施工处理不当,很容易出现安全事故。所以可以理解,目前的钢结构设计标准最终没有纳入这部分理论计算(曾经在征求意见稿里有不少抗扭设计的篇幅,正式稿都删除了)。
但是实际项目中,我们还是很难完全避免抗扭设计,后面我们抽空再聊聊如何进行钢梁的抗扭设计。
参考资料:
• https://www.cbc.ca/news/canada/edmonton/groat-road-closed-indefinitely-by-buckled-bridge-girders-1.2996748
• https://edmontonjournal.com/news/local-news/lack-of-bracing-caused-102nd-avenue-bridge-girders-to-buckle
• https://ww2.nscc.edu/seatec/pages_resources/case_studies_new/bridge/bridge-student/wje/WJE-TOC.htm
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