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    钢结构梁柱节点设计介绍

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    浏览:- 发布日期:2017-01-05 14:48:00【

    重庆快乐十分最开奖 www.688kp.com 钢结构连接节点设计是钢结构整个设计工作中的一个重要环节。连接节点的设计是否得当,对保证钢结构的整体性和可靠度,对制造安装的质量和进度,对整个建设周期和成本都有着直接的影响。


    连接节点的基本特性:

    根据节点处传递荷载的情况、所采用的连接方法以及细部构造,连接节点的类别可分为:刚性连接、半刚性连接和铰接连接。

    刚性连接节点

    从保证构件原有的力学特性来说,在连接节点处应保证其原有的完全连续性。这种构造能使所连接的构件之间夹角在达到承载能力之前不发生变化的接头,其连接强度应不低于被连接构件的屈服强度。

    半刚性连接节点

    能保证其承载力等于或大于构件的承载力,但由于所采用的连接方法和细部构造设计的关系,致使连接节点的弹性刚度比构件的弹性刚度显著的低。这样的节点形式作为设计要求一般不采用。

    铰接连接节点

    从理论上讲是完全不能承受弯矩的连接节点,因而一般不能用于构件的拼接连接;铰接连接节点通常只用于构件端部的连接,比如柱脚、梁、桁架和网架杆件的端部连接等。但在工程实际应用中,它的特性并非完全铰接,例如,它对弯矩并不是完全不能承受,只是抗弯刚度远低于构件的抗弯刚度。

    梁柱节点的设计

    钢框架中梁与柱的连接起着在两种构件之间传递弯矩和剪力的作用,是钢框架的主要组成部分,它的性能直接关系到结构的整体反应。梁柱连接的设计应满足足够的强度和适当的刚度,满足“强节点、弱构件”以及“强梁弱柱”原则。钢框架结构的梁柱连接多按刚性连接设计,主梁与柱的连接具有足够刚度。

    目前抗侧力框架和梁柱的抗弯连接,均采用刚性方案。梁柱刚性连接的主要构造形式有以下四种:

    1
    全焊节点

    全焊节点连接形式

    全焊连接的H型梁柱节点

    全焊节点连接:梁的上下翼缘用全熔透坡口对接焊缝,腹板用角焊缝与柱翼缘连接。翼缘对应处应加水平加劲肋,箱形柱内应设加劲肋隔板。加劲肋应按与梁翼缘等强设计,其连接焊缝亦应满足等强传力的要求。梁柱刚性连接中,梁端内力向柱传递时,梁端弯矩主要由梁翼缘承担,梁端剪力则主要由梁腹板承担。

    全焊节点连接是目前多数多高层钢结构工程中,梁柱节点采用较多的一种连接方式,具有施工方便、节省钢材、整体刚度大等优点。

    全焊节点的设计:在避免增加结构的刚度和接头部位的应力集中情况下,根据“强节点弱杆件”的原则适当加强节点,在不发生失稳情况下,可适当削弱梁,使在梁上出现“塑性铰”。尽量减少结构和焊接接头部位的应力集中,腹板上的工艺孔应平滑过渡,避免应力集中。在不减小腹板连接强度条件下,适当加大工艺孔,便于施焊,提高焊缝质量。

    2
    高强螺栓连接节点

    高强螺栓连接形式

    高强螺栓连接的H型梁柱节点

    高强螺栓连接节点:梁腹板与柱连接以高强螺栓现场连接,以传递轴力、弯矩与剪力。钢结构高强度螺栓连接是近年来迅速发展和应用的螺栓连接新形式,该种连接形式施工要求十分严格,但是对于结构承受动载十分有利,可简化制造和安装。特别是高层和超高层钢结构以及承受动载的结构设计中所有连接节点均采用了高强度螺栓连接方式。

    高强螺栓连接的类型和受力特点:高强度螺栓受剪力时按照设计和受力要求的不同,可分为摩擦型承压型两种。

    摩擦型高强度螺栓连接在受剪设计时,以外剪力达到板件接触面间由螺栓预压力使板件压紧所提供的最大摩擦力为极限的。在设计摩擦型高强螺栓时,应保证连接点在整个使用期间外剪力不超过最大摩擦力,即能由摩擦力完全承受,使板件间不会发生相对滑移变形,即螺栓杆和孔壁间始终保持原有空隙,连接件按弹性整体受力考虑。

    承压型高强度螺栓连接在抗剪设计时只保证在正常使用荷载作用下,剪力一般不会超过最大摩擦力,其受力性能和摩擦型相同;若剪力超过最大摩擦力时,连接板件间将发生相对滑移变形直到螺栓杆与孔壁一侧接触,之后连接就靠螺栓杆身剪切和孔壁承压以及板件接触面间摩擦力共同传力。

    承压型高强螺栓连接的设计:因承压型高强度螺栓连接国内使用较摩擦型高强度螺栓连接少,故设计参考资料较少,多数教科书对摩擦型高强度螺栓连接介绍较详细但承压型高强度螺栓连接介绍较简单,我们在设计中以我国现行结构设计规范,简称规范参考了英美规范。

    承压型高强度螺栓连接的计算:其抗剪连接沿杆轴方向的受拉连接同时承受剪力和杆轴方向拉力的承压型高强度螺栓连接计算需按规范进行。原规范中规定的在抗剪连接中以及同时承受剪力和杆轴方向拉力的连接中,作了承压型高强度螺栓的受剪承载力设计值不得大于按摩擦型连接1.3的规定,主要是当时对承压型高强度螺栓的研究还不够深入,尤其是缺乏使用经验,慎重计算。我们采用承压型高强度螺栓的承载力不超过按摩擦型计算的1.3倍确保结构安全可靠。

    此外按规范规定结构的平均荷载分项系数约为1.3,满足此项要求的承压型高强度螺栓在荷载标准值情况一刚各不致产生滑移,则对保证结构的变形是有利的,但不能充分发挥承压型高强度螺栓的效能,而采用承压型高强度螺栓的前提是结构中允许发生一定滑移变形的连接,这相当于对承载力进行了控制。

    3
    栓焊混合连接节点

    栓焊混合节点

    栓焊混合连接H型梁柱节点

    栓焊混合连接节点:梁翼缘与柱翼缘完全采用坡口焊接,而梁腹板用普通或高强螺栓与柱翼缘连接的形式。这种连接形式是业内的专家和学者们认可的一种形式。

    纯螺栓或栓焊连接只是考虑现场施工方便,通过对日本、美国近来的地震破坏资料研究表明,定位螺栓联合焊接的方式将是高层、超高层钢结构工程的首选。其中沈阳国际博览中心的梁柱节点连接多数属于这种连接。

    这种连接的优势在于不但可以保证节点属于刚性连接同时结构可以承受动力荷载。经过反复加载后节点承载能力基本没有降低,但有关试验表明,这种形式的连接在经过多次非常剧烈的反复加载后会突然断裂,表明与柱子腹板的这种连接具有的延性较全焊接连接节点具有的延性稍差。但栓焊混合节点也能满足工程抗震所要求的延性。另外连接处梁、柱的强度由于打孔的原因均被削弱,施工过程复杂。

    4
    狗骨式节点

    狗骨式节点是近几年专家学者开始研究的一种新形式节点。这种节点的设计思想是梁的削弱部分截面能够改变塑性铰出现的位置,迫使在极限荷载作用下塑性铰偏离脆弱的节点连接处,通过削弱梁来?;ち褐诘?/span>。

    采用这种节点经过对梁进行了合理的截面削弱,使得较长的一段梁几乎同步进入了塑性,真正做到了增加梁柱节点的延性,应分发挥了钢材的塑性。当然,要保证设计对梁的削弱所造成的结构刚度和强度在正常结构设计荷载作用下,完全能满足要求。

    骨形连接的具体构造:以据柱面150mm处作为梁上下翼缘两侧弧形切削的起点,切削面应刨光,切削后的翼缘净截面面积不宜大于原截面面积的90%(见图4),但应能承受按弹性设计时多遇地震下的组合内力。

    骨形连接

    图4

    总结

    在钢结构设计工作中,连接节点的设计是一个重要的环节。为使连接接点具有足够的强度和刚度,设计时,应根据连接接点的位置及其所要求的强度和刚度,合理地确定连接节点的形式、连接方法和具体构造以及基本计算公式。

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