高等钢结构设计原理第十章.ppt

第十章 构 造 设 计 10.1 构件的拼接 10.2 梁与梁的连接 10.3 梁与柱连接的分类 10.4 梁与柱连接的构造 10.5 柱脚 10.6 桁架节点 10.1 构件的拼接 10.1.1 等截面拉、压杆拼接 1、工厂拼接 (1)直接对焊 宜采用一、二级质量标准。 (2)拼接板加角焊缝 应传力直接均匀；避免应力过分集中；要有施焊空间。 2、工地拼接 (1)拉杆 拼接板加高强度螺栓 宜采用高强度螺栓摩擦型连接。 端板加高强度螺栓 (2)压杆 焊接 上段柱要预先做好剖口，带有定位零件，以保证施焊位 置正确。 刨平顶紧直接承压传力 可辅以少量焊缝或螺栓。 说明 拉压杆拼接宜按等强原则计算,压杆的拼接还应注意不致 因连接变形降低构件刚度造成容易屈曲的弱点； 拼接不仅要保证断开截面的强度，也要保证构件的整体 刚度。 10.1.2 变截面柱拼接 1、直接对焊 适用于只改变翼缘厚度的情况。 2、上下段柱共同焊于一块平板 腹板宽度变化不大时用。 3、上下段柱共同焊于一块平板 腹板宽度变化大，且一侧翼缘外表面平齐时用。 4、上下段柱中线对齐 5、上下段柱之间设变截面段 6、下段柱为格构柱时 10.1.3 梁 拼接方式： 对接焊缝的拼接、中翼缘用对接焊缝，而腹板则用拼接 板和螺栓、拼接板及高强螺栓连接以及端板连接。 等强设计和按构件按具体内力进行计算两种方法。 1、分类 (1)工厂拼接 主要是受到钢材规格和现有钢材尺寸限制而进行的拼接。 (2)工地拼接 主要是受到运输和安装（起重）条件限制而进行的拼接。 2、型钢梁拼接 (1)同一截面对接焊缝（在 M 较小处拼接） (2)盖板角焊缝 3、组合梁对接焊缝拼接 (1)工厂拼接 翼缘和腹板的接头 位置要相互错开,和加劲 肋的位置也要错开; 对接焊缝要采用二 级以上的检查方法，施 焊时要使用引弧板。 (2)工地拼接 为了便于运输，接头 位置一般在同一截面，但也 可做成焊缝不在同一截面的 接头。 为了减少焊接残余应 力，腹板和翼缘的连接焊缝 应先留出500的长度在工 厂不焊，待在工地将接头焊 好后，最后再焊。 4、组合梁高强度螺栓工地拼接 (1)翼缘拼接 拼接板的净截面面积不小于翼缘的净截面面积； 根据翼缘净截面所能承受的轴力; 按轴心力N 作用的连接计算方法确定高强度螺栓的数目。 (2)腹板拼接 腹板接头受力： 剪力V， 弯矩 剪力作用下，一个螺栓所受的剪力为： （） 在弯矩作用下，螺栓群受扭，受力最大的螺栓所受剪力 为： （） 注：由于梁的腹板高度较大，螺栓群的排列高而窄，所以可 认为在 作用下，螺栓仅承受水平力。 所以有： (7-65) 10.1.4 端板连接中板的厚度 端板受弯，应力分布复杂，化成等效梁计算：弹性、塑 性 弹性： 一边嵌固、三边自由的板，垂直于板面有荷载P 当 当 塑性： 极限状态阶段 有限元计算： 式中 当为集中荷载时r0, 极限状态 撬力 考虑撬力：塑性铰机理 10.2 梁与梁的连接 10.2.1 简支连接 10.2.2 连续和半连续连接 10.3 梁与柱连接的分类 连接的分类：柔性连接、半刚性连接、刚性连接 连接特性的表征：抗弯强度、转动刚度、延性 连接强度：抗弯承载力、抗剪强度。刚性连接承受弯 矩和剪力的能力应该不低于梁的承载能力，地震区的框架 “强连接弱构件”；柔性连接的只要求其抗剪能力；半 刚性连接介于刚性和柔性连接之间。 连接转动刚度:由M曲线的斜率来体现，刚性连接 的刚度达到一定限值就可以看作是刚性连接。 转动能力：延性指标。 半刚性连接和刚性连接分界的判定准则： 第一个准则：正常使用极限状态 第二个准则：承载能力极限状态 欧盟规范EC3对有侧移框架规 定刚性连接转动刚度Rki应不低 于25EIb/lb，无侧移框架，EC3 规定的刚性连接最小转动刚度 为8 EIb/lb。 半刚性连接和柔性连接的 分界，EC3规范的规定: 刚性连接最低转动刚度: 10.4 梁与柱连接的构造 梁与柱的连接分类：柔性连接(,) 刚接(,端板较厚时) 半刚接(, , ,) 10.4.1 柔性连接 柔性连接只能承受很 小的弯矩。几种典型的梁 和H形截面柱的柔性连接: 连接角钢、端板和承托 工程应用 支撑点的位置 用角钢连接时，应做下列验算： （1）螺栓验算，包括A列和B列； （2）角钢验算，主要是抗剪； （3）当梁切去一部分时，梁削弱截面的抗剪和抗弯 计算。 柔性连接保证梁端能转动： （1）控制连接角钢的厚度； （2）B列采用不加预拉力的高强螺栓； （3）梁端和柱之间留出缝隙，使梁有转动的余地。 单板连接的试验研究 ew=2.5（n-1）（cm） 螺栓数越少，则连接延性越好。 转动延性保证：连 接板受剪屈服先于焊缝 屈服和螺栓失效 10.4.2 半刚性连接 半刚性连接形式 应用范围：层数不超过1015 的多层框架连接可做成半刚性连接 ，层数超过1015层且不依靠支撑 提供侧向刚度，连接应做成刚性连 接。 端板连接梁端存在剪力：端板 的厚度不受影响，螺栓及梁端焊缝 需要计算。当端板厚度大且柱设有 加劲肋时，这种连接可看成刚性连 接，这类连接最好由端板形成机构 控制。 用上、下角钢的连接所能承受的最大弯矩 角钢水平肢用高强螺栓摩擦型连接，竖肢用抗拉高强螺 栓，用上、下角钢连接的试验：拉侧角钢竖肢确有撬力存在 ，竖肢上螺栓宜只设一行。角钢水平肢则宜用两行螺栓，上 、下角钢的连接的构造是适合于半刚性连接的要求的。 10.4.3 多层框架 的刚性连接 梁和柱的刚性连 接：完全焊接的、完 全栓接的以及兼用焊 接和螺栓的。 刚性连接的计算，梁翼缘 的连接传递全部弯矩，腹板的 连接件则只传递剪力，然而研 究表明，翼缘不仅承受弯矩引 起的正应力，还承受很大一部 分剪应力。 箱形截面柱内宜在梁上下 翼缘平面设置横隔板。 方管尺寸不大的情况下， 设置横隔施工很不方便，在梁 端两侧焊上短T形钢或短角钢， 使其宽度和柱宽度相同，分析 表明，用T形钢加劲的梁柱连接 刚性很好。 10.4.4 无加劲柱在节点区的计算 设置加劲肋：不设加劲肋、在腹板全宽上设两道加劲肋 和在腹板部分宽度上设置加劲肋。在全宽加劲肋之间曾经有 过腹板出现裂纹。 不设加劲肋柱的极限状态：腹板屈服、屈曲、翼缘弯曲塑 性或连接焊缝拉开。 1、柱腹板屈服 腹板的有效宽度 柱腹板厚度应不小于 欧盟规范EC3(考虑纵向压力) 2、柱腹板屈曲 单向受压的四边简支板 GB50017规范把式（10.10a）的28改为30。 未考虑纵向压力 柱受拉区只需验算翼缘及其焊缝。柱翼缘在梁翼缘传来 的拉力作用下有如两块承受线荷载的三边嵌固板，每块板承 受拉力为3.5fytc2 3、柱翼缘弯曲出现塑性铰 拉力在翼缘的影响长度 用屈服线理论导出两侧翼 缘板的承载力设计值分别为： 梁翼缘若用角焊缝和柱相连，则焊缝中部有被拉脱危险 ，焊缝的有效长度应按式（9.6）和表（ 9.2）计算。 统计分析此项最小值为0.15 4、柱翼缘连接焊缝破坏 柱翼缘、腹板加强措施： 压力或拉力作用的计算不能满足，对柱腹板设置横向加 劲肋，加劲肋厚度取梁翼缘厚度的0.51.0倍。 加设斜加劲肋、腹板两侧焊板 10.4.5 单层框架的刚性连接 单跨的单层刚架横梁与柱节点的连接形式如图10.25。加腋 节点，一是提高梁端截面抵抗弯矩的能力，二是增大梁端截面 螺栓连接的力臂。 中柱上端和人字形横梁的脊节点连接形式 加腋的柱顶节点倾斜 的内侧翼缘的截面积A2b 应比原翼缘截面积A1b放 大。 节点中心加劲肋 当翼缘逐渐转变方向时，也要考虑类似影响 10.5 柱脚 10.5.1 柱脚的构成 柱脚的作用 放大柱端面积;将柱内力传递给基础;固定 柱子 柱脚的分类 铰接柱脚 只传递轴力N (轴心受压柱采用) 刚接柱脚 传递轴力N ，弯矩M (偏心受压柱采用) 型式和构造 轴承式铰接柱脚； 平板式铰接柱脚； 平板式刚接柱脚 埋入式、外包式刚接柱脚； 靴梁式铰接柱脚； 靴梁式刚接柱脚； 10.5.2 柱脚的计算 H形截面柱，无加劲肋 H形截面柱，翼缘有三角形肋 1、底板承压面积 构造复杂的柱脚，承压面积可 以由靴梁板和肋板的每侧取宽度 c=ntp组成 砼等级在C15和C30之间变动 c=1.5tp 欧盟规范1993试行 底板的厚度由其最大弯矩决定，底板单位宽度的最大弯矩 欧盟规范 2、底板厚度 底板厚度应不小于 压板屈曲 压板屈服 当 时 当 时 3、底板加劲肋 10.6 桁架节点 10.6.1 节点的侧向刚度 设计时应赋予节点以一定的侧向刚度 10.6.2 节点板受力分析和有关构造处理 屋脊节点是节点板负担过重，会造成节点板厚度太 大，板边缘最大压应力 取H=0.9N h=3ba e=h/2 板边缘应力达到屈服点 减轻节点板厚度：外贴盖 板、内贴盖板和内贴弯折角钢 节点板厚度 弦杆承担的力 节点板一般不宜负担在弦杆之间传力任务，当桁架跨度 较大，弦杆需要改变截面时，最好在节点范围之外、弦杆内力 较小的一侧做不同截面杆的拼接，使节点板只在杆和腹杆之间 传力。 如果在工地拼装节点，弦杆的拼接需要做在节点中心处， 不使节点板起弦杆拼接板的作用。 对跨度和荷载都较 大的桁架，需要分析节 点板的受力情况，从而 确定其厚度。 用有限元方法计算 节点板比较有效。 板按有效截面验算：有效宽度be的取法从第一行的外侧 连接件向外以30角分布，到最后一行连接件轴线上截得宽 度be 剪拉联合破坏 压曲破坏 节点板拉裂计算 第i段撕裂面上的平均正应 力和平均剪应力分别为 对节点板受压区需要验 算图10.40（b）左侧所示有 阴影线的三个区域的稳定。 当 时，验算强度 。节点无竖杆时， 时即须计算稳定。 角钢桁架节点板要求水平 自由边bg不超过 。 节点板的受力情况还和桁架变形有关，上杆受压 缩短时，促使节点板屈曲。 两杆之间的夹角在桁架变形时趋向于张大，也会 造成损害。螺栓连接的节点，受桁架变形影响会小一 些。 10.6.3 节点上的偏心 节点构造应尽量避免 出现偏心，不能完全避免 则应尽量减小，使不产生 显著影响，否则就应计算 偏心的效应 跨度较大的桁架改变弦杆截面时，不同截面的