水电站设计文献综述

'新疆农业大学专业文献综述题目:KM河吐木休克水电站工程设计文献综述——厂房屋面大梁种类及设计方法综述姓名:魏娟学院:水利与土木工程学院专业:水利水电工程班级:水工092班学号:093832233指导教师:姓名：魏娟职称:2013年2月28日新疆农业大学教务处制 水电站厂房屋面大梁种类及设计方法综述学生：魏娟指导老师：塔伊尔摘要：通过查找资料，了解水电站厂房的屋面大梁的种类，主要以钢桁架为主，钢材较轻，刚度较大，外形美观，主要的形式有三角钢架、、梯型钢架、平行弦屋架等。以及论述了钢桁架的设计方法。关键字：屋架；截面形式；焊接；杆件；构件；水电站厂房屋面大梁主要采用钢桁架的形式，钢桁架是一种用材经济、刚度较大、外形美观的结构形式。但是桁架的杆件和节点较多，构造较为复杂，制造较为费工。设计钢桁架首先要选择合理的桁架外形。选择时应该综合考虑以下因素：（1）满足使用要求。对屋架来说，上弦的坡度应满足屋面防水材料的要求。此外，桁架与柱是简支还是刚接、建筑净空要求、有无吊顶和悬挂吊车、有无天窗以及建筑造型的需要等，也都影响桁架的外形。（2）受力合理。只有受力合理时才能充分发挥材料的作用，从而达到节省材料的目的。桁架的外形应该尽量与弯矩图相近。以使弦杆内力均匀，材料得到充分的利用。腹杆的位置应使内力分布合理，短杆受压，长杆受拉、且节点和腹杆的数量宜少，腹杆的总长度宜短。同时应尽量使荷载作用在节点上，以避免弦杆因受接见荷载产生的局部弯矩而加大截面。当梯形桁架与柱刚接时，其端部应有足够的高度，以便有效地传递支座弯矩，而端部弦杆不致产生过大的内力。（3）便于制作和安装。桁架杆件的数量和品种规格宜少，尺寸力求划一，构造应简单，以便制造。（4）综合技术经济效果好。传统的分析方法多着眼于构件本身的省料和节省工时，这样是不全面的。在确定桁架形式与主要尺寸时，除上述各点外还应该考虑到各种有关的因素，如跨度大小、荷载状况、材料供应条件等。尤其应该考虑建设速度的要求，以获得较好的综合技术效果。1水电站厂房屋面大梁（屋架）的种类： 三角形屋架、梯形屋架、平行弦屋架、屋盖支撑体系等。1.1三角形屋架见图1三角形钢屋架的形式有：芬克式屋架、斜杆式屋架和人字形屋架。多用于屋面坡度较大的有檩屋盖，屋面材料可为波形石棉瓦、玻璃钢瓦、压型钢板等，屋面坡度一般为1/6-1/3,屋面高度h=(1/4-1/2)。由于屋面材料及技术的发展，即使一些轻型瓦材，如长尺压型钢板，可不再要求大坡度的排水屋面，加上三角形屋架固有一些缺陷，如外形与弯矩图相差较多，中部腹杆过长，只能与柱顶铰接等原因，当前此类屋架的应用已逐渐减少。1.2梯形屋架见图2一般宜用于屋面坡度较为平缓（1/8-1/20）的情况，适用的屋面材料有压型钢板或大型屋面板。梯形屋架的跨中截面高度一般不宜小于（1/15-1/10）l（l为屋架跨度）；小值适用轻型屋盖，大值适用于重型屋盖的屋架。当承载或刚度有要求时，梯形屋架可与钢柱上端作成刚接连接，此时屋架端部高度不宜小于2.0~2.5m。屋架斜腹杆布置如图2所示，其倾角宜在30-60。范围内，按照支座斜杆方向为上斜或下斜的不同。屋架可分为下承（图2a、b）或上承（图2c）两种支承方式。采用1.5m.宽度大型屋面板时，为使荷载作用于节点应设再分式腹杆（图2b） 1.3平行弦屋架见图3。可用于各种坡度屋面，由于其节间划分统一，制作简便，应用较多。1.4屋盖支撑体系当采用三角形屋架时，屋面支撑一般设置在上弦平面内；当采用梯形屋架和大型屋面板时，一般设置在下弦平面内，但在屋架上弦平面内亦相应设置维持屋架上弦平面外稳定的支撑体系；当采用平行弦屋架和轻型屋面时可仅在上弦平面设置支撑体系；此种布置对大柱距和上承式屋架更为合理。2钢桁架设计具体步骤：2.1桁架的内力计算。作用在桁架上的永久荷载和可变荷载以及它们的荷载分项系数、组合系数等，按荷载规范的规定计算。实际桁架的节点多为焊接，也有采用高强度螺栓连接。节点刚度大，接近于刚接。通常钢桁架中各杆件截面的高度都较小，约为其长度的1/15(腹杆)和1/10(弦杆)以下，杆件的抗弯刚度较小，因而按刚桁架算得的杆件弯矩M常较小，M 引起的弯矩应力（称为次应力）相对于轴心力引起的应力（称为主应力）较小，且杆件的轴心力N也与按铰接桁架计算的结果相差不大，故一般情况都按铰接桁架进行计算，但对重要的结构应对次应力的数值和影响做专项分析。当节点只承受节点荷载时，其杆件内力可用数值法（节点法或截面法）、图解法或有限单元法，按节点荷载作用下的铰接桁架计算杆件的轴力。有节间荷载作用的桁架，可先把所有节间荷载按该段节点为简支，求出支座反力，再把支座反力反向与节点荷载叠加，按只有节点荷载作用，计算桁架各杆轴力。然后对有节点荷载的杆件计算局部弯矩，局部弯矩可按刚接桁架用计算机求解。但通常采用简化法，取中间节间正弯矩及节点负弯矩为M=0.6M0，而端节间正弯矩为M=0.8M0，其中M0为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩，如当在节间中点仅作用一集中荷载Q时，M0=Qa1/4。弦杆端节点按铰接M=0或取悬臂负弯矩Me。进行内力计算时应进行荷载组合对比，求出杆件的最不利内力。受拉（压）构件的最不利内力是最大轴心拉（压）力。受拉为主并可能受压杆件，如梯形桁架跨中的一些腹杆，在满跨荷载作用时受拉，但在半跨荷载作用时可能受压，这些杆件的最不利内力为最大轴心拉力和可能最大轴心压力。压杆比拉杆细长比限制严，且整体稳定承载力一般小于强度承载力，因此最大压力虽小于最大拉力，但也应作为最不利内力。对于拉（压）弯杆件，还应考虑最大正或负弯矩的不利组合。2.2桁架杆的计算长度2.2.1桁架平面内的计算长度：理想铰接点桁架杆件在桁架平面内的计算长度l0x应等于节点中心间的距离，即杆件的几何长度l，实际桁架的节点接近于刚接，相邻杆件将约束该杆件端部转动（称为嵌固作用），从而提高其整体稳定承受力。计算l0x时可适当折减l来考虑杆端的嵌固作用，尤其是当相邻杆件有较多的截面相对较大（指桁架平面内的线刚度值相对较大）的拉杆时。相邻杆件中的压杆本身也有失稳弯曲趋向，只有当截面较粗、长细比较小而受力有较多富裕时，对杆件才有一定的嵌固作用，否则对杆件的嵌固影响不大。设计规范规定杆件在桁架平面内的计算长度如表交叉腹杆取桁架平面内计算长度为节点中心到交叉点间的距离。 桁架弦杆和单系腹杆的计算长度l项次弯曲方向弦杆腹杆支座斜杆和支座竖杆其他腹杆1在桁架平面内ll0.8l2在桁架平面外L1ll3在斜平面_l0.9l2.2.2桁架平面外的计算长度杆件在桁架平面外的计算长度l0y应取侧向支撑点间的距离。弦杆的侧向支撑点应是水平支撑、垂直支撑或相应系杆的连接节点。由于弦杆截面比腹杆相对较大，且侧向被牢固支承，腹杆与弦杆的连接节点可认为是腹杆的侧向支承点。同样，连续直通再分主腹杆的中间节点可认为是与之相交的再分次腹杆的侧向支承点。节点板厚度有限，在侧向受力时易发生弯曲，故不考虑杆件在节点处所受到的桁架平面外的嵌固作用而按不动铰接考虑。设计规范规定杆件在桁架平面外的计算长度见上表。2.2.3斜平面的计算长度当腹杆截面为角钢或双角钢组成的十字形截面时，受压杆件将绕截面最小回转半径i的轴发生整体失稳。杆件弯曲方向既不在桁架平面内，也不垂直桁架平面，而在一斜平面内。杆件两端的约束程度介于桁架平面内和桁架平面外之间，杆件的计算长度取平均值l0=0.9l。2.3杆件的截面型式桁架杆件的截面形式应根据用料经济、连接构造简单和具有足够刚度等要求确定，桁架杆件一般是轴心受力杆件，设计时应尽量使其在桁架平面内和平面外的稳定性或长细比相近，这样刚度和稳定性较好，且节省钢材。当有弯矩作用时，则应适当加大弯矩作用方法的截面高度。重型钢桁架采用H型钢、箱型截面或两槽钢组合截面。普通钢桁架常采用双角钢组合T型截面，少数杆件用双角钢组合十字形截面。受力小的腹杆也可采用单角钢截面。T字钢是一种性能优越且比双角钢组合T字型截面省钢的截面形式。T字钢可由H 型钢切得。由于不存在双角钢相并的间隙，耐腐性好。双角钢腹杆可直接焊于T字型钢的腹板两侧而腹杆的桁架比全角钢桁架用钢量可胜12%~15%。钢管截面也是一种钢桁架杆件截面的好形式。钢管壁厚度较薄，而截面材料分布离几何中心较远，且各方向的回转半径相等，与其他型钢截面相比，回转半径较大，相应的长细比较小，因而管形截面作为受压杆件比其他型钢截面的承载力要大很多。钢管的抗扭能力也较其他截面强。圆管绕流条件好，如承受风荷载时，其阻力可降低2/3左右。一般轧制无缝钢管及焊接钢管的规格均可满足管壁的局部稳定性要求。设计大直径的焊接薄壁钢管构件，为了保证局部稳定要求，应该按规范确定直径和壁厚的比值。露天结构采用封闭圆管壁厚不应小于4mm。钢管结构的节点一般不用另加节点板，而将腹杆钢管端部切成马鞍形与弦杆钢管壁直接焊接，构造简单，连接方便，作为大跨度的钢管平面桁架或空间桁架结构都较方便。钢管结构比型钢结构可节约钢材20%~30%。此外钢管端部可以密封，有利于耐大气的腐蚀，管截面周长最小，所需油漆等维护费用也小，但钢管结构节点的切割和焊接质量要求较高。2.4杆件截面设计普通钢桁架杆件截面设计时还应注意下列问题：（1）选用截面的板件厚度应较薄，但在相同用钢量的情况下截面具有较大的惯性矩和回转半径。同时，还需注意设计规范中规定最小截面规格限制。设计规范规定，在钢结构的受力构件及其连接中不宜采用：厚度小于4mm的钢板，壁厚小于3mm的钢管，截面小于45*4或56*36*4的角钢（对焊接结构），或截面小于50*5的角钢（对螺栓连接的结构）。（2）凡需用C级螺栓与支撑杆件相连接的桁架杆件角钢的边长，应注意其所能采用的螺栓最大直径。(3)为减少拼接的设置，桁架弦杆的截面常根据弦杆的最大杆力来选用。只当跨度较大（例如大于24m），因角钢供应长度限制而必须设置拼接以接长时，可根据节间内力变化在半跨内改变截面一次，改变截面时宜改变角钢的边长而保持厚度不变，以利拼接。各种型号角钢通常的供应长度见角钢的国家标准。（4）焊接钢桁架中，弦杆角钢水平边上连支撑构件的螺栓孔的位置，若位于竖向节点板范围内、并距竖向节点板边缘≥100mm 时，考虑节点的补偿作用，计算弦杆的净截面强度时可不计孔对弦杆截面的削弱。否则应考虑其影响。（5）当桁架竖杆的外伸边需与垂直支撑相连接时，则该竖杆宜采用由双角钢组成的十字形截面。十字形截面不但刚度大于Ｔ型截面，而且还可使垂直支撑对该竖杆的连接偏心为最小。此外，当该竖杆位于桁架跨度的中央时，可使在工地吊装时桁架的左右端可以任意放置。（６）单面连接的角钢截面，因连接偏心易使构件弯扭失稳，故只能用于跨度较小的桁架或桁架受力较小、长度较小的次要腹杆。（７）为了便于备料，整榀桁架所用的角钢规格品种不宜超过５－６种。在选出各杆的截面规格后，可进行调整，以减少规格数量。同一榀桁架中应避免采用边长相同但厚度不同的角钢，防止制造时搞混。2.5桁架的节点设计钢桁架一般在节点处设置节点板，把交汇于节点板的各杆件都与节点板相连接，形成桁架的节点，各杆件把力传给节点板互相平衡。一般杆件把全部内力N传递给节点板，而在节点处连续的杆件则把两侧的内力差传给节点板。杆件与节点板的连接通常采用焊接。参考文献：［1］H.C.斯基列律斯基.金属结构上册.清华大学工程结构教研组和哈尔滨建筑工程学院工程结构教研组，译.北京：中国工业出版社，1964［2］王国周，瞿履谦，钢结构—原理与设计.北京：清华大学出版社，1993［3］张耀春，周绪红.钢结构设计原理.北京：高等教育出版社，2004［4］曹平周，朱召泉.钢结构2版.北京：科学技术文献出版社，2002［5］范崇明.水工钢结构第4版.北京：中国水利水电出版社，2008［6］GB50017—2003钢结构设计规范.北京中国计划出版社，2003［7］武汉水利电力大学，大连理工大学，河海大学合编.水工钢结构（第三版）.北京：水利电力出版社，1998［8］陈绍蕃.钢结构.北京：中国建筑工业出版社，1990［9］C.G.Salmon,etal.StructuresDesignandBehavior.2nded.1978［10］崔佳，魏明钟，赵熙元，但译义.钢结构设计规范理解与应用. 北京：中国建筑工业出版社，2004'