钢结构的工业化及螺栓连接技术的发展——马人乐PPT课件.ppt

钢结构的工业化及螺栓连接技术的发展 马人乐教授同济大学土木工程学院2011年05月 1 提纲 1 钢结构的特点及工业化发展趋势2 螺栓连接系列问题探讨3 螺栓连接技术的优化与创新 2 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 1钢结构的特点 1 强度与重量之比正面 轻质高强 节约材料 减轻结构自重 负面 截面减少 稳定问题 变形问题加重 2 材质的均匀性正面 均质性好 各向受力同性好 提高结构安全度 便于节点受力转换 负面 当钢材厚度较大时 有横向分层问题 3 韧性正面 一般条件下韧性好 能承受冲击作用 负面 在低温条件下或焊接结构下 韧性降低 4 塑性 延性 正面 塑性 延性 好 使结构超载时 可作应力重分布 并增加耗能 负面 结构变形的非线性效应明显 3 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 1钢结构的特点 5 可加工性正面 加工性能较稳定 可成复杂形状 负面 对加工设备及技术要求高 专业化 6 耐久性正面 材料力学性能改变较少 负面 防腐蚀处理要求高 有少量时效 7 耐热 耐火性正面 耐热较好 150 以内 材性不变 负面 耐火性差 要求加防火涂料 4 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 2钢结构的核心价值1 3目前钢结构充分发展的四个领域 1 轻质高强节约资源 便于运输 安装 2 施工速度快工业化制作 节约劳动力 3 延性好提高安全性 节省造价 5 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 3目前钢结构充分发展的四个领域 1 单层轻钢厂房及仓库 屋面活荷载与钢筋混凝土结构竖向荷载相比很小 跨度较大 6 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 3目前钢结构充分发展的四个领域 1 单层轻钢厂房及仓库 7 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 3目前钢结构充分发展的四个领域 2 大跨度公共建筑 屋面活荷载与钢筋混凝土结构竖向荷载相比很小 跨度较大 造型要求多样化 上海浦东国际机场 8 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 3目前钢结构充分发展的四个领域 2 大跨度公共建筑 江宁体育场 9 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 3目前钢结构充分发展的四个领域 2 大跨度公共建筑 上海新国际博览中心 10 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 3目前钢结构充分发展的四个领域 2 大跨度公共建筑 2008奥运会国家体育场 11 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 3目前钢结构充分发展的四个领域 3 高层和多层钢结构建筑 结构重力累积效应大 地震效应大 上海环球金融中心原方案 97年打桩 浦东陆家嘴 460m 97层 停工5年后 于2003年又重新启动 2008年竣工 高492m 地上101层 地下 层 钢巨型桁架筒 内部混凝土筒中筒 12 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 3目前钢结构充分发展的四个领域 3 高层和多层钢结构建筑 1998年金茂大厦88层420m混凝土核心筒 钢巨型外伸桁架 钢骨混凝土巨型柱 13 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 3目前钢结构充分发展的四个领域 3 高层和多层钢结构建筑 上海中心大厦地上楼层121层打造中国第一高度 14 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 3目前钢结构充分发展的四个领域 4 高耸结构 388m高河南广播电视塔 15 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 3目前钢结构充分发展的四个领域 4 高耸结构 326m高山东临沂广播电视塔 16 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 3目前钢结构充分发展的四个领域 4 高耸结构 龙塔 高度为336米 曾为亚洲第一钢塔 电视塔集广播电视发射 旅游观光 广告传播 餐饮娱乐 科技乐园 无线通讯 环境气象监测等多种综合性功能于一身 成为素有 东方莫斯科 美誉的北国名城哈尔滨市乃至黑龙江省新的标志性景观 336m高黑龙江广播电视塔 17 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 3目前钢结构充分发展的四个领域 4 高耸结构 230m高佛山广播电视塔 18 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 4优先选用钢结构的内在原因 1 受力原因 活荷载与全部竖向荷载之比小 2 自然原因 地震烈度大 软土地基差 3 结构累积原因 跨度大 结构累积效应大 4 社会发展原因 社会发展快 5 劳动力价格原因 劳动力价格高 19 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 5原因分类1 6结论 1 2 3 属结构技术因素 4 5 属对社会发展敏感因素 1 在十一 五之前 属经济改革期 是否用钢结构主要看前三个技术因素 2 在十二 五之后 进入社会改革期 劳动力价格在五年内翻倍 压力空前 是否用钢结构还要看后两个社会因素 20 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 7例 两幢住宅建筑 条件规模相同 21 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 8出路 钢结构工业化 1 工业化生产流程 2 目前常用非工业化流程 下料 机加 组焊 防腐蚀 包装 运输 工地安装螺栓连接 工厂制作阶段 下料 机加 部分焊接 部分防腐蚀 运输 高空焊接 工厂制作阶段 吊装 高空补防腐蚀 22 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 8出路 钢结构工业化 3 钢结构工业化的优越性 工厂内焊接 防腐蚀质量好 设备好 自动焊 喷砂 喷漆 烘干或热镀锌 相对应 工地焊接条件较难保证 特别是高空焊接 检验也困难 CO2气体保护焊较难实施 埋弧自动焊不可能 焊接残余应力大 高空除锈困难 涂层质量差 工厂内加工设备好 效率高 劳动力节约相对应 现场设备条件差 劳动效率低 劳动条件变化大 劳动力单价高 总量也大 工厂内作业完整 充分利用附加的时间 空间 缩短钢结构施工总工期 节约投资 贷款利息 相对应 工地焊接 防腐蚀 工地周期长 直接占用总工期 23 1 钢结构的特点及工业化发展趋势 1 8出路 钢结构工业化 3 钢结构工业化的优越性 4 钢结构工业化要解决的问题 各种受力要求和状态的螺栓连接问题 主体工业化生产与局部现场焊接的选择及附加措施问题 建筑设计的新颖多样与结构体系施工工业化的对立统一问题 工业化生产安全保障度高 工作人员幸福指数高 钢结构长期维护简单 免维护的概念 24 2 螺栓连接系列问题探讨 1 便于现场作业 高空作业 对作业环境要求低 2 无残余应力 3 施工速度快 用工省 4 不影响防腐蚀保护层 5 节点使用材料增加 2 1螺栓连接的特点 25 2 螺栓连接系列问题探讨 2 2钢结构三种常用连接组合的比较 26 普通螺栓 精制螺栓 粗制螺栓 适应性强 易松动 抗剪承载力较低 构件制造精度要求高 抗剪好 高强螺栓 承压型 摩擦型 适应性强 不松动 抗疲劳 适应性强 荷载标准值下一般不松动 滑动后承载力进一步提高 2 螺栓连接系列问题探讨 2 3螺栓的分类 27 2 螺栓连接系列问题探讨 2 4普通螺栓的设计 1 一个剪力螺栓的承载力 抗剪强度 孔壁承压强度 2 一个拉力螺栓的承载力抗拉强度 28 2 螺栓连接系列问题探讨 2 4普通螺栓的设计 3 剪力螺栓群受力通过形心时的承载力 所需螺栓个数长连接的折减净截面强度验算 29 2 螺栓连接系列问题探讨 2 4普通螺栓的设计 3 剪力螺栓群受力通过形心时的承载力 所需螺栓个数长连接的折减净截面强度验算 30 2 螺栓连接系列问题探讨 2 4普通螺栓的设计 4 剪力螺栓群在扭距 剪力和轴力共同作用下的计算 一个螺栓在扭矩作用下的最大受力 X Y向 一个螺栓在剪力作用下的最大受力一个螺栓在轴力作用下的最大受力受力最大的螺栓所受到的剪力 31 2 螺栓连接系列问题探讨 2 4普通螺栓的设计 5 拉力螺栓群计算 螺栓群受拉 弯 剪力用抗剪块抵抗 剪力 抗剪块承受拉力 均分弯矩 判断螺栓群绕哪根轴转动计算所受最大拉力的螺栓是否超过其承载能力 32 2 螺栓连接系列问题探讨 2 4普通螺栓的设计 6 剪 拉螺栓群计算 无抗剪块 剪力由螺栓抗剪承受 剪力 均分拉力 均分弯矩 判断螺栓群绕哪根轴转动计算所受到的最大拉力承载力验算 相关公式孔壁承压 33 34 2 螺栓连接系列问题探讨 2 5普通螺栓若干问题探讨 1 普通螺栓能否抗剪 2 精制螺栓能否用于土建工程 3 普通螺栓能否与焊缝或者高强螺栓共同受力 4 普通螺栓的验收标准 35 2 螺栓连接系列问题探讨 2 5普通螺栓若干问题探讨 1 普通螺栓能否抗剪 答 可用于承受 一般动力荷载 的构件连接 不能用于疲劳动荷载 措施 施工时施加一定扭矩 塔桅钢结构工程施工质量验收规程表9 4 9 加防松措施 受拉用双螺母 一般用扣紧螺母 表9 4 9普通螺栓紧固力矩 注 表9 4 9中数值按4 8级螺栓确定 8 8级 10 9级螺栓的紧固力矩可乘1 5倍 36 2 螺栓连接系列问题探讨 2 5普通螺栓若干问题探讨 2 精制螺栓能否用于土建工程 答 精制螺栓可用于预拉力柔性拉杆的连接 措施 杆件可以伸缩 调节长度 一端只用一个销连接 多层连接板钻螺孔一次成形 37 2 螺栓连接系列问题探讨 2 5普通螺栓若干问题探讨 3 普通螺栓能否与焊缝或者高强螺栓共同受力 4 普通螺栓的验收标准 质保单 螺孔 一次穿孔率 方向一致 螺栓露出螺母二牙 38 2 螺栓连接系列问题探讨 2 6高强螺栓的设计 1 高强度螺栓摩擦型连接 单个高强度螺栓摩擦型连接的抗剪承载力 单个高强度螺栓摩擦型连接的抗拉承载力 单个高强度螺栓摩擦型连接同时承受剪力和拉力 39 2 螺栓连接系列问题探讨 2 6高强螺栓的设计 1 高强度螺栓摩擦型连接抗滑移系数 40 2 螺栓连接系列问题探讨 2 6高强螺栓的设计 1 高强度螺栓摩擦型连接预拉力 41 2 螺栓连接系列问题探讨 2 6高强螺栓的设计 2 高强度螺栓承压型连接 构造 施加预拉力与摩擦型连接相同连接处构件接触面清除油污和浮锈 无其他表面处理要求 计算抗剪 剪切 孔壁承压 同普通螺栓抗拉 同普通螺栓 注意剪切面可能在螺纹处同时抗剪 抗拉 拉 剪相关公式 孔壁承压 注意1 2折减系数 42 2 螺栓连接系列问题探讨 2 7高强螺栓若干问题探讨 1 摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓的异同 相同点 都要加强预拉力 扭矩 既然要加扭矩 都要控制扭矩系数 不同点 摩擦型螺栓要测摩擦系数 承压型不要测 受力最终状态不同 承载能力及计算方法不同 43 2 螺栓连接系列问题探讨 2 7高强螺栓若干问题探讨 2 高强螺栓的扭矩系数 测扭矩系数的目的是测预拉力 扭矩系数K 扭矩和预拉力之比检测值 0 11 0 15 标准偏差不能大于0 01 检测后半年内有效 初拧后24小时内终拧 螺栓做防腐蚀处理涂油漆 镀锌 涂达克罗后扭矩系数不达标怎么办 K不达标的后果 a 若按规范的终拧扭矩要求施工 预拉力不达标 b 若按扭矩施工扭矩系数和P计算出螺栓强度复核 44 2 螺栓连接系列问题探讨 3 对高强螺栓施加预拉力方法的初探 规范背景 2 7高强螺栓若干问题探讨 现行 钢结构设计规范 对高强螺栓预拉力的规定 第7 2 2条表7 2 2 2 45 2 螺栓连接系列问题探讨 3 对高强螺栓施加预拉力方法的初探 规范背景第7 2 2条条文说明 由拉 剪 扭矩引起 复合应力引起强度折减 摩擦型高强螺栓的各种承载能力直接与P有关 由此可见 用扭矩施加预拉力使高强螺栓预拉力损失为 预拉力 2 7高强螺栓若干问题探讨 46 2 螺栓连接系列问题探讨 2 7高强螺栓若干问题探讨 3 对高强螺栓施加预拉力方法的初探 规范背景 附录B 0 4条规定螺栓预拉力值范围 kN 现行 钢结构工程施工质量验收规程 对高强螺栓施工的规定 第4 4 1条规定要检验扭矩系数 强制性条文 第4 4 2条规定扭矩系数检验结果要符合附录B的规定 非强制性条文 规定扭矩系数的平均值应为0 110 0 150 标准偏差小于或等于0 010 47 2 螺栓连接系列问题探讨 2 7高强螺栓若干问题探讨 3 对高强螺栓施加预拉力方法的初探 规范背景 由B 0 4条可见 施加扭矩只是施工的一种方法而不是目的 预拉力才是目的 扭矩的大小本身就要通过预拉力进行验证 以M30 10 9级高强螺栓为例 预拉力允许误差为 扭矩系数允许幅值与其平均值的相对差值可达 正公差 负公差 48 3 对高强螺栓施加预拉力方法的初探 规范背景 根据现行规范的规定 可以得到以下几点结论 用扭矩对高强螺栓施加预拉力使高强螺栓的预拉力值以及承载能力值降低16 7 扭矩 扭矩系数是手段 最终目的及检验手段的标准仍为预拉力值的正确与否 目前施工验收规范对预拉力值的允许偏差较大以M30 10 9级螺栓为例 为 8 9 9 之间 目前施工验收规范对扭矩系数的允许相对误差在 15 左右 2 螺栓连接系列问题探讨 2 7高强螺栓若干问题探讨 49 3 对高强螺栓施加预拉力方法的初探 工程背景 河南塔问题 塔柱两节点之间最长达43 8m 中间有三个法兰连接 为保证塔柱中间抗弯刚度的连续性 以达到43 8m长杆件作为一根受弯杆件的计算假定要求 中间法兰在任何条件下的预拉力不能减小为零 受力后不能开口 故要用高强螺栓 而镀锌高强螺栓的实测扭矩系数为0 25 0 32 不满足要求 只能直接施加预拉力 2 螺栓连接系列问题探讨 2 7高强螺栓若干问题探讨 50 3 对高强螺栓施加预拉力方法的初探 工程背景 临沂塔问题 8 5m直径中心井筒由多块圆弧板用摩擦型高强螺栓拼接而成 作为一个整体圆管柱进行计算 而镀锌高强螺栓扭矩系数不满足规范要求 只能直接施加预拉力 2 螺栓连接系列问题探讨 2 7高强螺栓若干问题探讨 51 3 对高强螺栓施加预拉力方法的初探 工程背景 某造船基地龙门吊提升支架 问题 提升一个龙门吊后 由提升大梁拆下的摩擦型高强螺栓足有5t 因使用后的高强螺栓扭矩系数不合格而全部报废 如直接施加预拉力则可重复利用 2 螺栓连接系列问题探讨 2 7高强螺栓若干问题探讨 52 3 对高强螺栓施加预拉力方法的初探 工程背景 某化工企业大量管道支架所用的高强螺栓为镀锌螺栓 扭矩系数不合格 若按实际扭矩系数换得扭矩 则终拧扭矩要加大一倍 这对于螺栓的承载能力会削弱更多 若直接施加预拉力 则可达到要求 上海新国际博览中心德方设计抗风柱锚栓与基础混凝土之间有聚氯乙烯套管隔绝 要施加预拉力 国内施工单位用扳手加扭矩 螺栓受拉扭断裂 预拉力还未达到 无法达到设计要求 这说明对螺栓加扭矩达到预拉力的方法对螺栓强度确实有不利影响 2 螺栓连接系列问题探讨 2 7高强螺栓若干问题探讨 53 3 对高强螺栓施加预拉力方法的初探 工程背景 结论 以上多种工程状况均说明 对高强螺栓直接施加预拉力的方法可以避免螺栓强度的损失 减小因扭矩系数不合格而造成的螺栓浪费 并严格达到设计要求 2 螺栓连接系列问题探讨 2 7高强螺栓若干问题探讨 54 3 对高强螺栓施加预拉力方法的初探 高强螺栓液压张拉器的特点 液压张拉高强螺栓可以达到相当大的预拉力 对于大直径高强螺栓 与用扭矩扳手相比 明显降低工人劳动强度 如M30 10 9级 扭矩T 1 76kN m 与不同的夹具配套使用 可解决紧固高强螺栓时工具本身的固定问题 无加劲法兰高强螺栓连接 加 形支架固定张拉器 有加劲肋法兰高强螺栓连接 直接将拉力器压在加劲板上 2 螺栓连接系列问题探讨 2 7高强螺栓若干问题探讨 55 3 对高强螺栓施加预拉力方法的初探 高强螺栓液压张拉器的特点 支架与螺杆的灵活多变 2 螺栓连接系列问题探讨 2 7高强螺栓若干问题探讨 56 3 对高强螺栓施加预拉力方法的初探 高强螺栓液压张拉器的应用范围 镀锌高强螺栓 仅扭矩系数过期 其它性能符合标准的高强螺栓 重复使用多次的高强螺栓 刚接柱基施加预拉力的锚栓 一般高强螺栓 前面4种用途解决可不可用的问题 同时可以提高螺栓承载力 第5种用途可提高螺栓承载力 2 螺栓连接系列问题探讨 2 7高强螺栓若干问题探讨 57 演示 3 对高强螺栓施加预拉力方法的初探 高强螺栓液压张拉器动画演示 2 螺栓连接系列问题探讨 2 7高强螺栓若干问题探讨 58 2 螺栓连接系列问题探讨 2 8柱脚和锚栓的设计与施工 1 柱脚的形式及其受力 刚接柱脚抗弯刚度保持连续 强度不小于柱截面 可受拉 压 弯 剪 外露式柱靴加预应力锚栓 外包式 埋入式 优点 刚度大 耗能性好 缺点 刚度突变 与钢筋干扰 59 1 柱脚的形式及其受力 铰接柱脚受力 拉 压 剪力靠抗剪键 半刚接柱脚能承受一定弯矩 但抗弯刚度不连续 开缝 抗弯强度与柱截面相比较小 铰接柱脚 2 螺栓连接系列问题探讨 2 8柱脚和锚栓的设计与施工 60 2 半刚接柱脚及锚栓受力的变异 对整体结构 可假定半刚接柱脚为铰接 误差小 偏安全 但锚栓无法计算 对节点局部 可采用实际抗弯刚度计算出节点弯矩 锚栓拉力 节点受压区压力 压力产生的抗剪能力 因而可避免抗剪键 柱脚详图 柱脚弯矩计算模型 2 螺栓连接系列问题探讨 2 8柱脚和锚栓的设计与施工 61 3 锚栓埋设施工 标准的协调性 高耸结构设计规范 GB50135 2006 第7 3 10条 1 锚栓设计应兼顾上部钢结构的精度要求 安装调整的可能性以及混凝土基础施工的实际可能性确定施工精度要求 并对塔柱底部锚栓孔做相应扩大 便于安装时调整 锚栓孔扩大后应在安装调整完毕后加焊厚垫片以满足锚栓固定的要求 2 锚栓宜用双螺母防松 3 锚栓埋设深度应按受拉钢筋锚固长度计算 具体措施1 柱脚底板和锚栓支承托座顶板的锚栓孔径宜取锚栓直径加10mm 锚栓垫板的锚栓孔径取锚栓直径加2mm 为避免锚栓在浇筑混凝土时移位 应将各根锚栓通过固定件连接成锚栓架 并与劲性钢筋笼焊接 2 待柱子安装校正完毕后 应将锚栓垫板焊死 并采用双螺母紧固 2 螺栓连接系列问题探讨 2 8柱脚和锚栓的设计与施工 62 3 锚栓埋设施工 实例 基础破坏实例 基础抗倾覆不足 2002 10 28 德国 塔高70米 基础环下方截断 2006 08 10 温州 基础环下方截断 2009 12 27 纽约 2 螺栓连接系列问题探讨 2 8柱脚和锚栓的设计与施工 63 2 8柱脚和锚栓的设计与施工 风机梁板式扩展基础 创新点 1 梁板式代替板式以节约工程量 2 中心垫苯板以增加周边压力促进稳定 3 以预应力锚栓代替埋入式塔筒 64 2 8柱脚和锚栓的设计与施工 新老设计对比以内蒙古京能乌兰伊力更 101座 商都风电场 33座 风电塔为例 新旧基础单座风电塔材料用量如下表 65 2 8柱脚和锚栓的设计与施工 预应力锚栓技术 66 2 8柱脚和锚栓的设计与施工 预应力锚栓施工 67 2 螺栓连接系列问题探讨 2 9螺栓连接的延性 1 传统钢框架刚性连接在地震中的破坏在1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震中 出现了大量的钢结构梁柱刚性连接节点发生破坏的现象 梁的破坏 柱的破坏 剪切板的破坏 节点板区域的破坏 梁的破坏 柱的破坏 68 2 螺栓连接系列问题探讨 2 9螺栓连接的延性 2 延性节点的优点 延性节点的优点 便于结构的内力重分布 吸收地震能量 延性节点 AISC 97还对框架结构中节点的延性划分标准做了如下规定 抗弯节点的非弹性转动能力不小于0 03rad时为延性好的节点 在0 02 0 03rad之间为中等延性 小于0 02rad的为一般延性节点 但最小值不能低于0 01rad 69 2 9螺栓连接的延性 3 已有延性节点的优缺点 1 加腋强化节点优点 比传统刚性节点有更优越的抗震性能 特别是在混凝上楼板共同工作的情况下抗震性能更佳 并且显著减小了梁下翼缘处的对接焊缝的应力 可以实现迫使塑性铰外移的目的 缺点 增加工程造价 并且加腋部位焊缝较多 焊缝缺陷对这种节点的影响还有待研究 另外 所加梁腋的长度和高度对室内装修有一定不良影响 受限制较多 竖向加腋强化节点 水平加腋强化节点 2 螺栓连接系列问题探讨 70 2 9螺栓连接的延性 3 已有延性节点的优缺点 2 盖板强化节点优点 在大地震时可以较好的发展梁的塑性 使节点有很好的延性性能 缺点 在梁翼缘外表面与盖板的交界处存在难于避免的间隙 在和柱翼缘连接的对接焊缝处 该间隙和人工裂纹很相似 当焊接盖板过长时 侧面角焊缝的长度与厚度之比过大 有效传力长度减小 焊接盖板与梁翼缘不能有效共同工作 导致二者的弯曲曲率不同而在对接焊缝处产生较大竖向拉应力 该拉应力在对接焊缝处有张开上述裂纹的趋势 2 螺栓连接系列问题探讨 71 2 9螺栓连接的延性 3 已有延性节点的优缺点 3 狗骨型节点优点 对靠近连接处的梁上下翼缘部分削弱 迫使大震作用下塑性铰偏离脆弱的节点焊缝 出现在具有很大延性的梁上 即通过削弱梁来保护节点 缺点 由于梁截面削弱 节点的承载必然出现下降 而且塑性变形后修复工作比较困难 2 螺栓连接系列问题探讨 72 2 9螺栓连接的延性 3 已有延性节点的优缺点 4 腹板开孔型节点优点 在梁腹板开孔来保护梁柱节点 使梁腹板的抗弯能力低于节点的抗弯能力 从而使梁腹板在地震作用下先于节点形成塑性机构 保证梁柱连接处的弹性工作状态 如果腹板开孔型削弱节点得以成功应用 室内管线可以从腹板空腔内通过 建筑层高可以降低 进而使成本降低 效益提高 易为建筑师和业主所接受 缺点 由于梁截面削弱 塑性变形大小不易控制 而过大的塑性变形有可能影响结构的使用性能 2 螺栓连接系列问题探讨 73 2 9螺栓连接的延性 3 已有延性节点的优缺点 5 焊接孔扩大型节点优点 焊接孔扩大型节点施工方便 既提高了节点的延性 又对节点强度影响很小 较长的焊接孔不但可以缓解应力集中 而且是节点破坏模式转变为梁翼缘的局部屈曲 降低了对接焊缝发生脆性破坏的可能性 缺点 对延性转动能力的贡献十分有限 2 螺栓连接系列问题探讨 74 2 9螺栓连接的延性 3 已有延性节点的优缺点 6 转移节点优点 将节点向弯矩较小区域转移 梁的根部则完全是与柱截面等强度连接 这样可以避免因节点设置在受力较大处而引起的破坏 缺点 节点本身并没有延性转动的能力 所做的只是使节点不出现在最大荷载处 促使梁根部出现塑性铰 节点对梁的延性转动能力的贡献不大 栓 焊转移节点 全螺栓转移节点 2 螺栓连接系列问题探讨 75 2 9螺栓连接的延性 4 长圆孔变型性高强螺栓延性节点 1 设计长圆孔变型性高强螺栓延性节点 L2 1 L2 2 L2 3 采用全螺栓拼接 腹板的螺栓孔为 翼缘螺栓孔为 所有构件在连接处接触面的处理方法为喷砂后生赤锈 抗滑移系数为0 45 螺栓采用10 9级M20摩擦型高强螺栓 A A 2 螺栓连接系列问题探讨 76 2 9螺栓连接的延性 4 长圆孔变型性高强螺栓延性节点 1 设计对比方案 L1 1 节点的连接采用的是实际工程中应用比较多的翼缘采用完全焊透的坡口对接焊 腹板用螺栓连接 因为本试验主要考察的是节点的延性 为了防止梁柱之间焊缝的发生破坏 在梁柱连接处进行加腋处理 2 螺栓连接系列问题探讨 77 2 9螺栓连接的延性 4 长圆孔变型性高强螺栓延性节点 2 试验在梁端加劲的位置上下各设一个200t的液压千斤顶施加低周循环荷载 为了防止试件发生整体失稳 在梁的两侧各设置了一个侧向支撑 2 螺栓连接系列问题探讨 78 2 9螺栓连接的延性 4 长圆孔变型性高强螺栓延性节点 3 延性性能对比延性是指结构或构件屈服后的后期变形能力 它是衡量结构抗震性能的重要指标之一 通常用位移延性系数来衡量 长圆孔变型性高强螺栓延性节点的延性系数达到对比方案试件的2 3倍 延性变形能力有较大的提高 2 螺栓连接系列问题探讨 79 2 9螺栓连接的延性 4 长圆孔变型性高强螺栓延性节点 3 延性性能对比对于一个可靠的梁柱连接耗能体系 FEMA临时指南要求刚性连接试件在破坏时的塑性转角能够达到0 03rad 这里塑性转角是指梁端塑性位移除以梁的长度 对比试件L1 1的塑性转角只达到0 0204rad 而优化方案的3个试件节点的塑性转角都大于0 05rad 远远超过了0 03rad 抗震性能得到大幅提高 2 螺栓连接系列问题探讨 80 2 9螺栓连接的延性 4 长圆孔变型性高强螺栓延性节点 4 耗能性能对比滞回曲线可以综合反映试件的弹性 非弹性性质及承载力 刚度 耗能等抗震性能 L1 1 L2 1 L2 2 L2 3 L1 1的滞回曲线呈纺锤型 无捏拢现象 而L2 1 L2 2 L2 3的滞回曲线基本成平行四边形 滞回环所包含的面积较大 说明具有较好的耗能能力 2 螺栓连接系列问题探讨 81 2 9螺栓连接的延性 4 长圆孔变型性高强螺栓延性节点 4 耗能性能对比耗能是指结构或构件在地震作用下发生塑性变形和吸收能量的能力 以滞回曲线的面积来衡量 也是构件抗震性能的一个重要指标 试件的能量耗散能力用能量耗散系数E表示 由图可知 L1 1随着构件进入塑性 能量耗散系数逐渐增大 最终破坏时耗散系数达到1 45 而L2 1 L2 2 L2 3的能量耗散系数是先增大后减小 进入塑性之后 螺栓的滑移使构件的耗能能力有了明显的提升 在这个阶段 构件的能量耗散系数最大值普遍都达到1 9以上 耗能能力比L1 1好很多 2 螺栓连接系列问题探讨 82 2 9螺栓连接的延性 4 长圆孔变型性高强螺栓延性节点 5 等强度优化由于翼缘有净截面削弱 对拼接节点处的梁翼缘和拼接板加宽处理 使拼接节点与梁的其他截面等强 2 螺栓连接系列问题探讨 83 3 螺栓连接技术的优化与创新 3 1利用连接受力特性区别对待 1 兼受拉 压力法兰 84 3 螺栓连接技术的优化与创新 3 1利用连接受力特性区别对待 2 主要受压法兰 85 3 螺栓连接技术的优化与创新 3 1利用连接受力特性区别对待 3 弯矩方向不变的龙门吊提升结构大梁拼接节点 86 3 螺栓连接技术的优化与创新 3 2正确分析节点内力流向 指导设计 法兰连接受弯 1 受压通过靠近管壁区域法兰板的接触及焊缝直接传递 区域较小且靠支承边 法兰板抗弯不起控制作用 主要保证焊缝 2 正确统计分析压力中心旋转轴 求得螺栓最大拉力 对外法兰盘 取受压区形心轴通过钢管内壁 对内法兰盘 按上图取处为受压区形心 87 3 螺栓连接技术的优化与创新 3 2正确分析节点内力流向 指导设计 法兰连接受弯 3 受拉通过螺栓 使法兰板受弯 两边固端 一边铰支计算弯矩及板厚 4 分析受拉引起法兰板受弯后各边支座反力 计算加劲板及连接焊缝 88 3 螺栓连接技术的优化与创新 3 2正确分析节点内力流向 指导设计 法兰连接受弯 5 计算表均布荷载下有加劲肋法兰 一边简支 两边固结板 弯矩计算系数和加劲板反力比 89 3 螺栓连接技术的优化与创新 3 3创造新的连接方式 1 研