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1、鋼牛腿設(shè)計(jì)及工程實(shí)例1.概述鋼牛腿作為工業(yè)建筑中常見的受力構(gòu)件，具有施工簡(jiǎn)單、理論計(jì)算可靠、截面小承載力高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)較之鋼筋混凝土牛腿更容易應(yīng)用于改造工程中。從受力特點(diǎn)上分析，鋼牛腿整體以受彎為主。作用是傳遞構(gòu)件外部豎向荷載，同時(shí)在牛腿根部產(chǎn)生較小的附加彎矩。常見有以下幾種型式，見圖1：其中第一種型式輕便易于施工，常用于支托電纜或小型鋼梁；第二種型式普遍為截面較小的鋼牛腿，常見于單層廠房的排架柱上；第三種型式施工相對(duì)復(fù)雜，牛腿根部截面一般較大，承載力高，常用于支托鋼吊車梁等重要構(gòu)件。本文下面將計(jì)算對(duì)比“工”形及“π”形的鋼牛腿截面特性，并以“工”型截面為例，結(jié)合設(shè)計(jì)中的實(shí)際工程對(duì)鋼牛腿進(jìn)行受
2、力分析及承載力驗(yàn)算。2.工程設(shè)計(jì)實(shí)例開灤范各莊選煤廠浮選車間改造工程需在混凝土框架柱外新增鋼牛腿，經(jīng)多種結(jié)構(gòu)方案比較，決定采用柱外粘貼鋼板箍、牛腿剛接于鋼板箍的結(jié)構(gòu)形式。同時(shí)沿層高方向以四角包角鋼配合窄鋼板帶加固框架柱，詳見圖2。牛腿荷載由上部鋼梁傳來，經(jīng)計(jì)算梁端剪力設(shè)計(jì)值為V=520kN，牛腿端部產(chǎn)生的彎矩設(shè)計(jì)值M=V·e=520*0.4=208kN·m。牛腿端部截面尺寸見圖3，其中Bf1=400mm，Bf2=300mm，t1=t2=24mm，tw=16mm，hw=452mm，截面塑性發(fā)展系數(shù)γ=1.05。2.1端部截面特性比較選取“工”形及“π”形截面作為對(duì)比，截面尺寸見圖4，截面特性見表
3、1。從表中數(shù)據(jù)不難看出，在截面面積相差無幾的情況下，“工”形截面抗彎能力為“π”形截面的198%，抗剪能力為“π”形截面的61%。可見，下翼緣的存在提高了“工”形截面的抗彎性能，而雙腹板的存在使得“π”形截面的抗剪性能突出。本工程豎向荷載偏離牛腿根部較遠(yuǎn)，為0.4m，牛腿受彎作用顯著，故優(yōu)先選擇抗彎承載力較高“工”形截面。表1截面特性截面截面面積抗彎模量抗彎模量抗剪承載力233形式（cm）Wxmax（cm）Wxmin（cm）最大值（kN）工形240.34694.23879.1855.4π形248.33967.91960.61406.12.2端部截面驗(yàn)算牛腿端部截面面積An2A?B*t?B*t?
4、t*h?24032mmnf11f22ww鋼牛腿為左右對(duì)稱截面，下翼緣外邊緣至截面形心軸處的距離y2y?[B*t/2?t*h*(h/2?t)?B**(/2tt??th)]/A?273.77mmf22www1f1112wn形心軸以上面積對(duì)形心軸的面積矩S23S?B**(th??tt/2?y)(?h??ty)*/22383805t?mmf11w21w2w截面慣性矩I33I?B*t/12?B**(th???tyt/2)?t*h/12?t*h*(h/2??ty)f11f11w21wwwww234?B*t/12?B**(tyt?)1061976353?mmff22222形心軸以上、以下截面模量Wn1、Wn
5、23W?Ih/(???tyt)4694198?mmnw1213W??Iy/3879106mmn2上翼緣外邊緣的正應(yīng)力σ12?????W?42.2215/＜Nmm11n，上翼緣抗彎滿足。下翼緣外邊緣的正應(yīng)力σ22?????W?51.07215/＜Nmm22n，下翼緣抗彎滿足。截面形心軸處的剪應(yīng)力τ2?=??VSIt/72.95120/＜Nmmw，截面抗剪滿足。本工程中牛腿上翼緣承受沿腹板平面的集中荷載，且以動(dòng)荷載為主，故考慮在集中荷載處的牛腿腹板兩側(cè)設(shè)置支承加勁肋。加勁肋按照壓彎構(gòu)件考慮，其強(qiáng)度和局部穩(wěn)定可參照《鋼規(guī)》（GB50017-2003）第5.2.1條和第5.4.2條驗(yàn)算，本文不再贅述。
6、以下驗(yàn)算腹板計(jì)算截面高度邊緣處的折算應(yīng)力：’腹板下端對(duì)形心軸的截面模量Wn23W'?Iyt/(?)4251845.87?mmn22腹板下端以上截面對(duì)形心軸的面積矩S13S?B**(th??tt/2?y)?h**(th/2??ty)1884732?mm1f11w21www2腹板下端的正應(yīng)力σ12???MW/'48.92/Nmm12n腹板下端的剪應(yīng)力τ12???VSIt/57.68/Nmm11w腹板下端的折算應(yīng)力222(????3)111.241.1*215/＜Nmm，滿足承載力要求。112.3焊縫連接驗(yàn)算考慮牛腿端部?jī)?nèi)力向柱傳遞時(shí)，原則上端部彎矩全部由牛腿翼緣承擔(dān)，端部剪力全部由腹板承擔(dān)。牛腿腹
7、板與柱的連接，除對(duì)端部剪力進(jìn)行驗(yàn)算外，尚應(yīng)以腹板凈截面面積的抗剪承載力設(shè)計(jì)值的1/2來確定?；谝陨霞俣?，牛腿的上、下翼緣與柱連接采用完全焊透的對(duì)接焊縫，當(dāng)焊縫質(zhì)量等級(jí)為一、二級(jí)時(shí)，焊縫與鋼材為等強(qiáng)連接，焊縫強(qiáng)度可不必驗(yàn)算；當(dāng)質(zhì)量等級(jí)為三級(jí)時(shí)，對(duì)接焊縫抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值低于鋼材本身，尚需驗(yàn)算焊縫的抗拉強(qiáng)度。本工程按三級(jí)對(duì)接焊縫驗(yàn)算抗拉。牛腿腹板與柱連接采用通長(zhǎng)雙面貼角焊縫，焊腳尺寸hf=12mm。1、
