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来源 先闻公司 发布于 2011/10/13 8:59:51 评论(0) 有16182人阅读

 

柱与柱的拼接连接节点,理想的情况应是设置在内力较小的位置。但是,在现场从施工的难易和提高安装效率方面考虑,通常框架柱的拼接连接接头宜设置在框架梁上方1.3m附近。为了便于制造和安装,减少柱的拼接连接节点数目,一般情况下,柱的安装单元以三层为一根。特大或特重的柱,其安装单元应根据起重、运输、吊装等机械设备的能力来确定。

H型钢柱的拼接,其翼缘板的拼接主要有高强度螺栓+拼接板的双剪拼接、单剪拼接,或翼缘板直接采用完全焊透的坡口对接焊缝连接;腹板的拼接主要采用高强度螺栓+拼接板的双剪拼接。我们常用的形式主要是:翼缘板拼接为采用完全焊透的坡口对接焊缝连接,腹板的拼接主要采用高强度螺栓+拼接板的双剪拼接。其他形式下的各种拼接组合也会用到,计算时应该根据实际的拼接方式加以验算。

拼接节点的验算主要遵循《钢结构连接节点设计手册》(第二版)中的相关条文及规定。

通常情况下,作用于柱拼接节点处的内力有轴心压力clip_image002、弯矩clip_image004和剪力clip_image006

当拼接连接处的内力小于柱承载力设计值的一半时,从柱的连续性来衡量拼接连接节点的性能,其设计用内力应取柱承载力设计值的1/2。

clip_image008

非抗震设防的高层钢结构,当在拼接连接处不产生拉力,且被连接的柱端面经过铣平加工且紧密结合时,其轴心压力和弯矩的25%分别 由柱端面直接传递。也就是说,符合上述要求的柱的拼接节点连接,可分别按轴心压力和弯矩的75%来计算,而剪力是不能通过柱端接触面传递的。

柱的拼接连接,对H形截面柱其翼缘通常采用完全焊透的坡口对接焊缝连接,腹板采用高强度螺栓连接;也可全部采用高强度螺栓连接。当采用高强度螺栓连接时,翼缘和腹板的拼接连接板应尽可能成对设置,而且两侧连接板的面积分布应尽可能与柱的截面相一致;在有弯矩作用的拼接连接节点中,拼接连接板的截面面积和截面抵抗矩均应大于母材的截面面积和截面抵抗矩。

柱的拼接连接,当采用完全焊透的坡口对接焊缝连接时,尚应采取以下措施。

(1)为保证上、下柱拼接连接焊缝根部的间隙,可根据具体情况,选用以下的方法:

①利用柱腹板的拼接连接板支承上柱。

②利用上、下柱腹板(端面经加工)的断面紧密接触。

③在工厂预先按要求于拼接处设置连接衬板,并将经加工的端面紧密接触。

④采用上述方法的组合。

(2)为确保柱的拼接连接节点的安装质量和架设的安全,在柱的拼接处须适当设置安装耳板作为临时固定。此时安装耳板的长度、宽度和厚度及其连接焊缝、临时固定的螺栓数目,应根据柱子安装单元的自重和安装时可能出现的最大阵风以及其他施工荷载来确定。但无论如何,安装耳板的厚度不应小于10mm;安装耳板与柱的连接,当采用双面角焊缝时,其焊脚尺寸不宜小于8mm;连接螺栓数目上柱和下柱各为3个,直径不应小于20mm;安装耳板的长度和宽度可根据连接螺栓设置的构造要求和焊缝操作的极限尺寸来确定。

柱需要改变截面时,一般应尽可能地保持截面高度不变,而采用改变翼缘厚度(或板件厚度)的办法。若需改变柱截面高度时,一般常将变截面段设于梁与柱连接节点处,使柱在层间保持等截面。这样,柱外带悬臂梁段的不规则连接在工厂完成,以保证制作和安装质量。

变截面的坡度,一般可在1:4~1:6的范围内采用,通常取1:5或1:6。对边列柱变截面时,其连接尚应考虑由于上下柱中心偏离所产生的附加弯矩的影响。

连接设计

柱的拼接连接节点,其设计计算方法通常有:

(1)等强度设计法

(2)实用设计法

(一)等强度设计法

等强度设计法是按被连接柱翼缘和腹板的净截面面积的等强度条件来进行拼接连接的设计。它多用于抗震设计或弹塑性设计结构中柱的拼接连接设计,以确保结构体的连续性、强度和刚度。

当柱的拼接连接采用焊接连接时,通常采用完全焊透的坡口对接焊缝连接,并采用引弧板施焊。此时,视焊缝与被连接翼缘和腹板是等强度的,不必进行焊缝的强度计算。

H形截面柱的拼接连接有:柱翼缘采用焊缝连接,腹板采用高强度螺栓摩擦型连接。翼缘的焊接连接,通常也是采用完全焊透的坡口对接焊缝连接,并采用引弧板施焊。此时,视焊缝与被连接的翼缘是等强度的,不必进行焊缝强度的计算;而腹板连接所需的摩擦型连接的高强度螺栓及其拼接连接板,可按全部采用高强度螺栓进行拼接连接的有关要求来确定。

H形截面柱的拼接连接还有:柱翼缘和腹板全部采用高强度螺栓摩擦型连接。

采用等强度设计法进行柱翼缘和腹板全部采用摩擦型连接高强度螺栓的拼接连接设计时,可按以下要求确定。

clip_image010clip_image012

(1)作用于柱拼接连接处的内力有轴心压力、弯矩和剪力。柱的拼接连接按等强度设计法的设计内力,可按下列公式计算:

轴心压力 clip_image014

弯矩 clip_image016

剪力 clip_image018

参数说明:clip_image020为柱扣除高强度螺栓孔后的净截面模量,可按下式计算:

clip_image022

clip_image024为柱扣除高强度螺栓孔后的净截面惯性矩,可按下式计算:

clip_image026

clip_image028为柱的毛截面惯性矩,可按下式计算:

clip_image030

clip_image032为柱翼缘的毛截面惯性矩,可按下式计算:

clip_image034

clip_image036为柱腹板的毛截面惯性矩,可按下式计算:

clip_image038

clip_image040为柱的截面高度;

clip_image042为柱的截面宽度(翼缘宽度);

clip_image044为柱单侧翼缘计算削弱截面上的高强度螺栓数目,对并列布置clip_image046(翼缘上共有两列),或clip_image048(翼缘上共有四列),对错列布置可近似取clip_image050(翼缘上共有四列,但中间两列错列布置);

clip_image052为柱翼缘的高强度螺栓孔径;

clip_image054为柱的翼缘厚度;

clip_image056为柱的腹板厚度;

clip_image058为柱腹板的高强度螺栓孔径;

clip_image060为柱截面中和轴至腹板的高强度螺栓孔中心的距离;

clip_image062为柱单侧翼缘扣除高强度螺栓孔后的净截面面积,可按下式计算:

clip_image064

clip_image066为柱腹板扣除高强度螺栓孔后的净截面面积,可按下式计算(也可近似地取腹板毛截面面积的0.85倍):

clip_image068

clip_image070为柱腹板的高度;

clip_image072为柱腹板计算削弱截面上的高强度螺栓数目;

clip_image074为钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值,根据计算点处钢板材质、厚度不同而取不同数值,按下文表格中数值采用;

clip_image076为钢材的抗剪强度设计值,根据计算点处钢板材质、厚度不同而取不同数值,按下文表格中数值采用。

clip_image078

(2)按照等强度条件,拼接连接的承载力设计值应等于柱子板件的承载力设计值。柱子在轴心压力、弯矩和剪力共同作用下,柱翼缘的等强度条件是:

clip_image080

因此柱翼缘的拼接连接则取clip_image082作为设计内力值(即clip_image016[1])。此时柱子单侧翼缘连接所需的高强度螺栓数目,应按下式计算:

clip_image085

参数说明:clip_image087为一个摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力设计值;

其他参数按前文参数说明。

(3)同理,按照等强度条件,柱子在轴心压力、弯矩和剪力共同作用下,柱腹板的等强度条件是:

clip_image089

因此柱腹板的拼接连接则取clip_image091作为设计内力值(即clip_image093)。

此时柱腹板连接所需的高强度螺栓数目,应按下式计算:

clip_image095

参数说明:参数按前文参数说明。

等强度设计法多用于结构按抗震设计或弹塑性设计中柱的拼接连接设计,以保证构件的连续性、强度和刚度。因此此处对H形钢柱拼接节点做抗震验算。抗震验算时,需满足螺栓孔等对构件全截面的削弱率不应大于25%。

按抗震设计的高层钢结构,其连接节点的最大承载力,可分别按以下要求确定,同时应满足相关要求。

(1)焊缝的极限承载力应按下列公式计算:

对接焊缝受拉 clip_image097

角焊缝受剪 clip_image099

参数说明:clip_image101为焊缝的有效受力面积;

clip_image103为构件母材的抗拉强度最小值,对Q235钢clip_image105;对Q345钢clip_image107;对Q390钢clip_image109;对Q420钢clip_image111

(2)高强度螺栓连接的极限受剪承载力,应取下列二式计算的较小者:

考虑到螺栓连接中部分螺栓的破坏出现在螺栓杆而不是螺纹处,使螺栓连接的最大抗剪承载力在整体上有所提高,所以式中0.58可用0.75代替。软件计算过程中,考虑到计算的普遍性及安全性,仍采用0.58计算。

clip_image113

clip_image115

参数说明:clip_image117clip_image119分别为一个高强度螺栓的极限受剪承载力和对应的板件极限承压力;

clip_image121为螺栓连接的剪切面数量;

clip_image123为螺栓螺纹处的有效截面面积;

clip_image125为螺栓钢材的抗拉强度最小值;

对10.9级高强螺栓 clip_image127

对8.8级高强螺栓 clip_image129

clip_image131为螺栓杆直径;

clip_image133为同一受力方向的钢板厚度之和;

clip_image135为螺栓连接板的极限承压强度,取clip_image137

clip_image139

螺栓螺纹处的有效截面面积clip_image123[1]

(3)有螺栓孔等削弱的杆件最大承载力,可按下列公式计算:

对轴心拉力 clip_image141 clip_image143 (取两者小值)

对剪力 clip_image145

参数说明:clip_image147为扣除螺栓孔等以后的净截面面积;

clip_image149为拉力方向的端距;

clip_image151为受拉杆件在连接处的厚度;

clip_image103[1]为构件母材的抗拉强度最小值。

按抗震设计的高层钢结构,其连接节点的最大承载力,应分别满足以下的要求。

连接弹性设计时,构件上下翼缘的端截面应满足连接的弹性设计要求,腹板应计入剪力和弯矩。连接节点的极限受弯、受剪承载力,应符合下列要求:

clip_image153

clip_image155clip_image157

拼接采用螺栓连接时,尚应符合下列要求:

翼缘 clip_image159

腹板 clip_image161 一列螺栓时

clip_image163 多列螺栓时

柱构件有轴力作用时的全截面受弯承载力clip_image165,应按下列公式计算:

软件主要针对工字形柱截面绕强轴作用时:

clip_image167clip_image169

clip_image171clip_image173

参数说明:clip_image175为构件拼接的的极限受弯承载力;

柱翼缘采用焊透的对接坡口焊缝连接时:

柱截面的抗弯最大承载力:

clip_image177

柱翼缘采用高强度螺栓摩擦型连接时:

柱翼缘拼接连接板的净截面抗拉最大承载力的相应最大弯矩:

clip_image179

柱翼缘连接高强度螺栓的抗剪最大承载力的相应最大弯矩:

clip_image181

clip_image183

柱翼缘板的边端截面抗拉最大承载力的相应最大弯矩:

clip_image185

柱翼缘拼接板边端截面抗拉最大承载力的相应最大弯矩:

clip_image187

clip_image189clip_image191为内、外侧翼缘拼接板的净截面面积;

clip_image193为一个翼缘的有效截面面积,需考虑当宽厚比超限时取为有效截面面积;

clip_image195为腹板拼接中弯矩引起的一个螺栓的最大剪力,按以下方法计算:

clip_image197

X向分力:clip_image199

Y向分力:clip_image201

clip_image203为柱截面高度;

clip_image205为柱翼缘厚度;

clip_image207为一侧翼缘连接板的净截面面积;

clip_image209为连接节点单侧钢柱的一个翼缘上的高强螺栓数目;

clip_image211为拉力方向的端距;

clip_image103[2]为构件母材的抗拉强度最小值;

clip_image213为构件拼接的极限受剪承载力;垂直于角焊缝受剪时,可提高1.22倍;

梁腹板抗剪时: clip_image145[1] clip_image216

连接板抗剪时: clip_image218 clip_image220

高强螺栓抗剪时:clip_image222

clip_image224为腹板断面计算处的一列螺栓的数目;

clip_image226为连接节点单侧钢柱腹板上的高强度螺栓数目;

clip_image228为腹板连接螺栓孔直径;

clip_image230为连接板截面高度;

clip_image232为连接板总厚度;

clip_image234为构件的全塑性受弯承载力;

clip_image165[1]为构件有轴向力时的全截面受弯承载力;

clip_image236为构件轴向屈服承载力,取clip_image238

clip_image147[1]为构件扣除螺栓孔等以后的净截面面积;

clip_image241clip_image243为柱计算位置处的腹板高度和厚度;

clip_image103[3]为抗拉强度最小值;

clip_image245为钢材屈服强度。

为使承受弯矩的梁或柱塑性区不产生局部失稳,塑性区范围内梁或柱板件的宽厚比,可参考下表确定。

clip_image247

梁、柱等构件的全塑性弯矩,可分别按以下情况确定。

无轴心力作用时,构件的全塑性弯矩为:

clip_image249

参数说明:clip_image251为构件截面的塑性模量,可按下列公式计算:

H形截面主轴方向:clip_image253

clip_image255

有轴心力时,软件主要针对H形柱截面绕强轴作用时:

clip_image257clip_image169[1]clip_image234[1]按上式计算)

clip_image260clip_image262clip_image234[2]按上式计算)

参数说明:clip_image264为构件的作用轴心力;

clip_image266为构件的轴向屈服强度,取clip_image268

clip_image270为腹板的截面面积;

clip_image272为构件的主截面面积;

clip_image234[3]为无轴心力作用时,构件的全塑性受弯承载力。

(二)实用设计法

实用设计法是以被连接柱翼缘和腹板各自的截面面积分担作用在拼接连接处的轴心压力clip_image002[1],柱翼缘同时承受压力clip_image275和绕强轴的全部弯矩clip_image004[1],以及腹板同时承受轴心压力clip_image278和全部剪力clip_image006[1]来进行拼接连接设计的。

当拼接连接处的内力小于柱承载力设计值的一半时,从柱的连续性来衡量拼接连接节点的性能,其设计用内力应取柱承载力设计值的1/2。

此处设计方法如下:

求取构件轴心压力承载力:clip_image281

剪力承载力: clip_image283

弯矩承载力: clip_image285

clip_image287时,采用实际内力clip_image004[2]clip_image002[2]进行计算

clip_image291时,采用对应位置的承载力的一半进行计算

例如翼缘位置,按clip_image293考虑

clip_image295时,采用实际内力clip_image006[2]进行计算

clip_image298时,采用对应位置的承载力的一半clip_image300进行计算

例如腹板位置,剪力按clip_image300[1]考虑,轴力仍按实际轴力clip_image002[3]进行计算

采用实用设计法来进行柱翼缘和腹板全部采用高强度螺栓摩擦型拼接连接的设计时,可按下列要求确定(当翼缘采用焊透的坡口对接焊缝连接时,设计方法类同,根据实际情况具体分析即可):

(1)在轴心压力clip_image275[1]和弯矩clip_image004[3]共同作用下,柱单侧翼缘连接所需的高强度螺栓数目,应按下式计算:

clip_image302

参数说明:clip_image304为柱单侧翼缘的毛截面面积;

clip_image272[1]为柱的毛截面面积;

clip_image002[4]为作用在拼接连接处的轴心压力;

clip_image004[4]为作用在拼接连接处绕强轴的弯矩;

clip_image040[1]为柱的截面高度;

clip_image054[1]为柱的翼缘厚度;

clip_image087[1]为一个摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力设计值。

(2)在轴心压力clip_image278[1]和剪力clip_image006[3]共同作用下,柱腹板连接所需的高强度螺栓数目,应按下式计算:

clip_image309

参数说明:clip_image311为柱腹板的毛截面面积;

clip_image272[2]为柱的毛截面面积;

clip_image002[5]为作用在拼接连接处的轴心压力;

clip_image006[4]为作用在拼接连接处的剪力;

clip_image087[2]为一个摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力设计值。

柱翼缘和腹板的拼接连接板的截面尺寸,可按以下要求确定。

(1)为使拼接连接节点具有足够的强度,保持柱刚度的连续性,在确定柱翼缘和腹板的拼接连接板时,应同时满足下列公式的要求:

clip_image314

clip_image316

clip_image318

参数说明:clip_image320为柱单侧翼缘连接板扣除高强度螺栓孔后的净截面面积;

clip_image062[1]为柱单侧翼缘扣除高强度螺栓孔后的净截面面积,按下式计算:

clip_image323

clip_image325为柱腹板拼接连接板扣除高强度螺栓孔后的净截面面积;

clip_image066[1]为柱腹板扣除高强度螺栓孔后的截面面积,按下式计算:

clip_image068[1]

clip_image329为柱翼缘和腹板的拼接连接板扣除高强度螺栓孔后的净截面模量,当柱翼缘采用焊透的坡口对接焊缝连接时,此时应计算腹板拼接板和柱翼缘组合下的净截面模量;

clip_image020[1]为柱扣除高强度螺栓孔后的净截面模量,按下式计算:

clip_image022[1]

(2)柱翼缘拼接连接板的设置,原则上应采用双剪连接;当医院宽度较窄,构造上采用双剪连接有困难时,亦可采用单剪连接,但只宜用于内力较小的情况。

在确定柱翼缘拼接连接板时,应考虑连接板的对称性和互换性的施工特点。通常情况下,翼缘外侧拼接连接板的宽度可取与翼缘同宽。

根据上述第(1)项的要求,翼缘拼接连接板的厚度,可按下列公式计算。

当采用双剪连接时:

clip_image333mm 且不宜小于8mm

clip_image335mm 且不宜小于10mm

参数说明:clip_image337为翼缘内侧拼接连接板的宽度。

当采用单剪连接时:

clip_image339mm 且不宜小于10mm

(3)柱腹板的拼接连接板,一般均应在腹板两侧成对配置,即采用双剪连接。

根据上述第(1)项的要求,腹板拼接连接板的厚度,可按下式计算:

clip_image341mm 且不宜小于6mm

参数说明:clip_image070[1]为柱的腹板高度;

clip_image203[1]为腹板拼接连接板(水平方向)的长度。

当节点计算时,需针对用户给定的弯矩及剪力值,首先对母材强度加以验算,判断其是否满足要求。当其超出要求时,软件会给出判定结果。所以此时要求用户在节点计算时,按实际情况输入真实有效的弯矩及剪力值(因节点所涉构件如果出现母材强度不足,则在构件计算阶段即发生不满足,所以需用户按实输入弯矩及剪力值)。

附:

高强度螺栓摩擦型连接中,每个高强度螺栓的承载力设计值clip_image087[3]按下式计算:

clip_image346

参数说明:clip_image121[1]为传力摩擦面数目(单剪时为1,双剪时为2);

clip_image349为摩擦面的抗滑移系数,按下文表格采用;

clip_image351为一个高强度螺栓的预拉力,按下文表格采用。

clip_image353

clip_image355

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第1楼 undefined 发表于 2012-05-17 13:23
1983年,乔布斯对百事可乐的 CEO John Sculley 说:“Do you want to sell sugar water for the rest of your life, or do you want to change the world?”(你想卖一辈子糖水,还是改变世界?)就这样,一段传奇的合作开始了。

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