鋼結構疲勞設計
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-25
鋼結構疲勞設計的視頻教程
MIDAS GEN鋼結構設計系列—多跨連續桁架結構
本課程主要涉及如何將rhino中三維模型導入midas gen進行設計的全過程操作流程。視頻采用文字教學方式，因為宿舍電腦沒有麥大家見諒，但是不影響學習，后續有任何問題可隨時聯系我。購買過課程的小伙伴可以評論留郵箱，給大家免費發送鋼結構施工圖全套。
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鋼結構疲勞設計的實例教程
在使用名義應力法時，該標準寫明要以材料的S-N曲線為基礎，然而焊接結構的疲勞試驗數據已經表明：焊接接頭母材的S-N曲線數據不能代替焊接接頭的S-N曲線數據，其原因也是它們具有不同的力學破壞機理。
在評估疲勞壽命時，該標準使用的是考慮應力比R的“修正Goodman圖”，即認為疲勞強度隨不同的R值變化。后來鐵道部又頒布《200km/h及以上速度級鐵道車輛強度設計及試驗鑒定暫行規定》，然而在這個新的規定中依然將用于金屬材料疲勞的理論與方法用于焊接結構。事實上，英國焊接研究所的疲勞試驗數據早已證明，修正的Goodman圖用來處理焊接結構的疲勞問題是不恰當的，理由是由于焊接殘余應力的存在，平均應力對焊接接頭壽命的影響基本看不到，而金屬材料的疲勞則不是這樣。
正是由于理論認識上的誤導，國內軌道車輛制造工廠的有些設計人員或者決策部門在力圖提高焊接結構的抗疲勞能力時，常傾向于選用屈服強度高的母材，他們誤認為提高屈服強度母材的焊接接頭的抗疲勞能力也必然高。對于金屬疲勞問題，這個觀點是成立的，例如文獻《抗疲勞設計——方法與數據》中曾用試驗數據證明了“材料的疲勞強度與材料的抗拉強度之間有著較好的相關性”，甚至給出了一個近似估算公式。然而對于焊接結構來說，該觀點是不成立的。英國標準BS76081993《鋼結構疲勞設計與評估實用標注》已經用數據明確證明，標準中所提供的S-N曲線數據對屈服強度低于700MPa,例如屈服強度為345MPa的Q345鋼與屈服強度為435MPa的Q435鋼，它們的S-N曲線數據是沒有區別的。關于這一點，國際焊接學會在2008年的標準中，甚至將這個屈服強度范圍提高到960MPa。
展開 規范下限主要是控制重力荷載在水平作用位移效應引起的二階效應不致過大，避免結構的失穩倒塌。見高規5.4.4及相應的條文說明。剛重比不滿足規范下限要求，說明結構的剛度相對于重力荷載過小。但剛重比過分大，則說明結構的經濟技術指標較差，宜適當減少墻、柱等豎向構件的截面面積。
剛重比不滿足規范要求時的調整方法：
1、程序調整：剛重比不滿足規范上限要求，在SATWE的“設計信息”中勾選“考慮P-Δ效應”，程序自動計入重力二階效應的影響。
2、結構調整：剛重比不滿足規范下限要求，只能通過調整增強豎向構件，加強墻、柱等豎向構件的剛度。
四、層間位移角：主要為限制結構在正常使用條件下的水平位移，確保高層結構應具備的剛度，避免產生過大的位移而影響結構的承載力、穩定性和使用要求。見高規 4.6.1、4.6.2和4.6.3及相應的條文說明。層間位移角不滿足規范要求，說明結構的上述要求無法得到滿足。但層間位移角過分小，則說明結構的經濟技術指標較差，宜適當減少墻、柱等豎向構件的截面面積。
層間位移角不滿足規范要求時的調整方法：
1、程序調整：SATWE程序不能實現。
2、結構調整：只能通過調整增強豎向構件，加強墻、柱等豎向構件的剛度。
1）由于高層結構在水平力的作用下將不可避免地發生扭轉，所以符合剛性樓板假定的高層結構的最大層間位移往往出現在結構的邊角部位，因此應注意加強結構外圍對應位置抗側力構件的剛度，減小結構的側移變形。同時在設計中，應在構造措施上對樓板的剛度予以保證。
2）利用程序的節點搜索功能在SATWE的“分析結果圖形和文本顯示”中的“各層配筋構件編號簡圖”中快速找到層間位移角超過規范限值的節點，加強該節點對應的墻、柱等構件的剛度。節點號在“SATWE位移輸出文件”中查找。
展開 建筑結構設計軟件有哪些選用？
一、對于多高層結構的設計優先選擇PKPM、ETABS和MTS；另外也可以選擇SAP2000、MIDAS、STAAD PRO和ROBOT、3D3S；如果是計算分析，隨便選一個通用有限元軟件即可，強烈推薦ANSYS。
二、對于空間結構的設計優先選擇SAP2000、MIDAS、STAAD PRO和ROBOT；純計算分析強烈推薦ANSYS、MIDAS、SAP2000和NASTRAN；
三、對于索膜結構可以選擇ANSYS、EASY、FORTEN、3D3S。鑒于EASY、FORTEN一定要用正版，所以還是用ANSYS和3D3S比較現實。
四、對于動力彈塑性分析建議采用ABAQUS和LS-DYNA；另外也可以選用ETABS（多高層）、SAP2000、MIDAS（最近推出Building專門做動力彈塑性）。
五、節點細部分析，建議采用ANSYS、ABSQUS；也可以選用NASTRAN和MARC。
另外，對于一些特殊結構，考慮到可能會使用到簡單的二次開發，所以還是建議大家選ANSYS、ABAQUS等帶有編程語言的通用軟件。
鋼結構軟件有哪些？
目前美國市場的主流軟件有：STRAP、ROBOT、RISA、ETPAS、STAAD、GTSTRUL。這些軟件水平相對較高，喜歡用那個軟件全憑用戶自己的好惡和習慣。不過現在在歐美，STAAD已遠不如以前受追捧。輕鋼結構最好用PKPM，PKPM界面通俗易懂。其它鋼結構最好用3D3S，因為其建模方便。STRAP 是目前市面上功能最強且內容最豐富的結構分析系統之一。STRAP 采用類似CAD 的圖形界面輸入模型與荷載。鋼結構軟件建議使用浙江大學的mst。該軟件已經比較成熟，且操作比較直觀。
展開 鋼結構設計常用規范
(一) 一般規范
《鋼結構設計規范》 (GBJ 17-88)
《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》(GBJ18-87)
《建筑鋼結構焊接規程》（JGJ81-91）
《高強度螺栓設計、施工及驗收規程》
《鋼結構加固技術規范》（CECS77：96）中國工程建設標準化協會
(二) 專門規范
《高層民用建筑鋼結構技術規程》(JGJ 99-98)
《高聳結構設計規范》(GBJ 135-90)
《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》(CECS 102:98)
《網架結構設計與施工規定》（JGJ 7-91）
《壓型鋼板拱殼結構技術規程》
(三) 組合結構規范
《鋼-混凝土組合結構設計規程》（DL/T 5085-1999）國家經濟貿易委員會
《鋼骨混凝土結構設計規程》（YB9082-97）冶金工業部
《鋼管混凝土結構設計與施工規程》（CECS28：90）中國工程建設標準化協會
(四) 其他規范
《上海地方標準 輕型鋼結構設計規程》（DBJ 08-68-97)
《上海地方標準 高層鋼結構設計暫行規定》（DBJ 08-32-92）
《上海地方標準 建筑鋼結構防火技術規程》（DG/TJ 08-008-2000)
鋼結構設計常用專業圖集、書籍及雜志
(一) 圖集
1.輕型鋼結構廠房門式剛架(2000浙G26) 已獲批準使用。主編單位:機械工業部第二設計研究院 協編單位:杭州大地網架制造有限公司 0571-2831830
2.新型屋面梯形鋼屋架(01SG515) 試用圖 北京交通大學勘察設計研究院 已獲批準使用。
展開 （4）灰斗與灰斗梁連接驗算
最大角焊縫應力56.29N/mm2，小于E43角焊縫抗拉、抗壓和抗剪設計值160N/mm2，滿足計算要求。
二、加固方案
1. 鋼支架部分加固方案
對于鋼支架部分的加固，整體思路上采用增大截面法，尤其要注意的是：
(1)鋼結構增大截面法不同于混凝土結構，存在負荷加固還是卸載加固之分，當鋼結構在負荷時進行增大截面焊接，會產生應力滯后現象。
(2)鋼框架在整體計算時要注意判別是有側移還是無側移框架。不同的判定設置會導致鋼構件穩定性驗算結果天差地別。
(3)注意區分支撐是單拉桿還是拉壓桿。
支撐背部貼焊槽鋼
工字鋼新增焊板形成箱型鋼
2. 灰斗部分加固方案
針對應力計算不足的橫肋，采用增大截面法，具體做法詳見下圖：
在Midas Gen中該加固構件輸入的具體截面尺寸如下：
上翼緣考慮灰斗壁板的貢獻作用，下翼緣寬度考慮角鋼和原槽鋼翼緣長度之和，腹板厚度仍取原槽鋼厚度。
1.5倍儲灰梁單元應力云圖
1.5倍儲灰板單元應力云圖
考慮到灰斗四個角部位置有弧形加強板、包角鋼板加強措施，且剔除有限元計算在角部的應力集中畸變，經計算后滿足要求。
三、總結
結構工程師在既有建筑結構鑒定、加固領域的工作模式有別于傳統的設計院或施工單位的做法。在此情況下，結構工程師不能僅作為流水線作業中的一環，或者單純地按照圖紙進行施工和組織生產，而是必須扮演結合規范、力學理論以及現場操作環境等多重因素的綜合性結構工程技術服務人員的角色。
文章：結構重光
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工程背景
近幾年，在機械產品設計領域，SimSolid? 作為一款無網格分析軟件，正發揮著日益重要的作用，尤其在鋼結構設計過程中展現出獨特優勢。傳統鋼結構設計流程復雜，需投入大量時間進行有限元模型構建與分析，而 SimSolid 的出現極大地簡化了這一過程。
在上一期文章《SimSolid 在鋼結構設計中的應用及體會》和大家分享了 SimSolid 在焊接鋼節點設計分析中的應用及體會，本文重點分享
工程背景
近幾年，在機械產品設計領域，SimSolid? 作為一款無網格分析軟件，正發揮著日益重要的作用，尤其在鋼結構設計過程中展現出獨特優勢。傳統鋼結構設計流程復雜，需投入大量時間進行有限元模型構建與分析，而 SimSolid 的出現極大地簡化了這一過程。
在上一期文章《SimSolid 在鋼結構設計中的應用及體會》和大家分享了 SimSolid 在焊接鋼節點設計分析中的應用及體會
*本文源自汽車行業用戶范會超投稿
1.工程背景
近幾年，在機械產品設計領域，SimSolid 作為一款無網格分析軟件，正發揮著日益重要的作用，尤其在鋼結構設計過程中展現出獨特優勢。傳統鋼結構設計流程復雜，需投入大量時間進行有限元模型構建與分析，而 SimSolid 的出現極大地簡化了這一過程。
本文章重點和大家分享 SimSolid 在鋼節點設計分析中的應用，因為鋼節點設計在鋼結構整體設計過程中處于核心地位
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建筑、工程和營建（AEC）
Architecture, Engineering & Construction
AEC 設計周期有兩個關鍵要求：產品性能和及時交付。然而，由于巨大的項目壓力，往往沒有足夠的時間來研究設計備選方案或新的解決方案。
Altair? SimSolidTM 是一項技術突破，允許土木工程師在幾分鐘內分析特征完備的
摘 要：傳統的建筑有限元網格劃分、基于SMMS模型的節點承載力分析方法，沒有考慮狀態變量，而導致建筑物的荷載分析結果與實際不符等問題。為此，提出了基于高層建筑的鋼結構節點承載力三維構建設計。根據建筑物豎向和水平荷載作用下的彎矩，對高層建筑物鋼結構框架的節點所受力的機理進行分析。構建高層建筑鋼結構框架節點三維模型和有無支管情況下的有限元模型，分析有無支管有限元模型的荷載-位移關系，確定構建過程中節點參數與支管的關聯性
與傳統建筑設計院結構工程師的工作模式大不相同，通過提供檢測鑒定，衍生到下游的加固設計、施工等一站式工程結構技術服務，已成為面向既有建筑結構加固改造技術服務公司的共同發展方向。在這個領域里，檢測、鑒定、設計、施工不是割裂的各自為戰的一方，而是同一個結構工程師從頭到尾統籌的整體。
下面是我們做的一個某電廠鋼結構構筑物加固項目：
一、檢測鑒定結結論：
ABAQUS應用于設計院實際工程-鋼結構懸挑托架焊縫連接模擬-強度仿真
英國標準BS76081993《鋼結構疲勞設計與評估實用標注》已經用數據明確證明，標準中所提供的S-N曲線數據對屈服強度低于700MPa,例如屈服強度為345MPa的Q345鋼與屈服強度為435MPa的Q435鋼，它們的S-N曲線數據是沒有區別的。關于這一點，國際焊接學會在2008年的標準中，甚至將這個屈服強度范圍提高到960MPa。
