对于钢结构本身来说,最怕的就是“扭曲”。
为什么害怕扭曲?
我们举个例子来理解一下其中的道理,扭转常数J是评价构件抗扭转性能的一个非常重要的参数,现在我们来比较一组高度和截面面积相同的H型钢和箱型钢,按照美国标准公式计算结果如下:
H型
盒子类型
比率
5.74×105
2.71×108
1:472
计算出的应力比约为30倍。
如果是500x250的矩形截面呢?这个值是1.8×10^9,是H型的3000多倍。应力是1:184。
通过数值比较可以看出H型钢的抗扭转性能有多弱。
因此,虽然有抗扭转设计方法,但还是要尽量避免扭转。下面我们来看看一些因扭转而受损的钢结构。
102 大道桥
2015年,加拿大格罗特路102大道桥施工期间,3根大梁发生扭曲变形,导致工期延误一年,每天损失约1.2万美元。事故原因是分包商Supreme Steel误解了工程图纸上要求的支撑标准,在放出起重机前未安装足够的永久支撑,导致钢梁承受过大的自重而发生扭转屈曲。
69 号公路大桥
1995年,美国田纳西州69号公路大桥修建过程中发生重大事故,两根已经架设好的钢梁突然倒塌,落入田纳西河,当时正在钢梁上作业的三名工人也落水身亡。
对美国田纳西河69号公路大桥垮塌事故的调查显示,垮塌事故始于一根横梁被拆除。事故原因是分包商没有按照设计图的要求正确安装钢梁的支撑系统,导致钢梁承受过大的自重和扭转屈曲。分包商是一家名为匹兹堡-得梅因钢铁公司的公司,该公司负责制造和安装钢梁,但在事故发生前没有对钢梁进行充分的检查,也存在很多加工质量问题。
A&M 大学马术中心的谷仓
2013 年,德克萨斯农工大学正在主校区约一英里处建造一座耗资 8000 万美元的马术中心,当时一座约 300 英尺长的谷仓框架倒塌,造成四名工人受伤。职业安全与健康管理局认定,当时正在建设中的谷仓因结构稳定性问题而倒塌。
概括
开口截面构件抗扭能力较弱,扭转变形不易控制,设计、施工不当工作的开始:钢结构设计,极易引发安全事故,因此现行钢结构设计标准未纳入此部分理论计算,也是可以理解的(征求意见稿中有很多关于扭转设计的章节,但在正式稿中被删除)。
但在实际工程中,完全避免扭转设计还是比较困难的工作的开始:钢结构设计,后面我们会专门讲一下如何进行钢梁的扭转设计。
参考: