門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)端板連接節(jié)點(diǎn)性能研究與設(shè)計(jì)_荊軍

1、第30卷第4期建筑結(jié)構(gòu)2000年4月門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)端板連接節(jié)點(diǎn)性能研究與設(shè)計(jì)荊軍王元清石永久(清華大學(xué)土木工程系北京010804)[提要]針對(duì)門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)中普遍應(yīng)用的端板連接方式介紹了工程上通常采用的端板連接形式并采用有限元模型對(duì)連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了內(nèi)力和變形分析研究了此類節(jié)點(diǎn)的性能和設(shè)計(jì)計(jì)算方法并結(jié)合工程實(shí)際提出了設(shè)計(jì)建議?！碴P(guān)健詞]端板連接平齊式外伸式B心ltedend一plateconneetion15oneofthemost

2、eommonlyusdeconneetiont沖einlightsteelsturetuesr.腸metypieal阮ltedend一plateconneetionsaerpersentdeheer.C冶nncetionbehaviorandcommondesi即meth記5arediseu哭edandProPosedindiesgnPraetiee.Keywodrs:end一plateconneetionflushend一lPatec

3、onneetionextenddeend一plateeonneetion一、概述鋼結(jié)構(gòu)中的端板連接是利用構(gòu)件端部焊接端板與另一構(gòu)件的端板或柱翼緣連接的節(jié)點(diǎn)形式通常有兩種形式(圖1):外伸式端板伸出梁受拉翼緣高強(qiáng)螺栓集中在翼緣周圍平齊式螺栓設(shè)在兩翼緣之間。門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的連接普遍采用高強(qiáng)度螺栓的端板連接節(jié)點(diǎn)。(門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程)(eEesloz:95)川(以下稱輕鋼規(guī)程)中推薦采用端板連接作為主要的梁柱連接和拼接節(jié)點(diǎn)(圖1

4、2)。噩國季國(a)平齊式(b)外伸式圖l端板拼接連接形式藤蔚序田(。)端板豎放b()端板平放(。)端板斜放(d)斜梁拼接圖2門式剛架連接形式端板連接是一種抗彎連接端板連接處高強(qiáng)度螺栓承受組合軸向力和剪力節(jié)點(diǎn)板16壓力分布和螺栓內(nèi)力分布狀態(tài)取決于連接的構(gòu)造、材性、所受荷載等因而節(jié)點(diǎn)受力狀態(tài)復(fù)雜精確計(jì)算十分困難。目前各國的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范都有各自的規(guī)定設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法不盡相同。二、端板連接節(jié)點(diǎn)性能和設(shè)計(jì)方法討論1.輕鋼規(guī)程設(shè)計(jì)方法輕鋼規(guī)程

5、將端板連接作為主要的梁柱連接和拼接節(jié)點(diǎn)形式螺栓連接的具體計(jì)算方法采用現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB」17一8)和《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》(GB」18一87)的規(guī)定并針對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)提出了主要的構(gòu)造要求給出了有關(guān)端板厚度、節(jié)點(diǎn)域抗剪、與端板相連處構(gòu)件腹板強(qiáng)度等的計(jì)算公式[`〕。高強(qiáng)螺栓的計(jì)算中將端板視為剛性轉(zhuǎn)動(dòng)的平面螺栓群受力為三角形分布然后利用所得螺栓拉力按照屈服線理論確定端板厚度進(jìn)行其它驗(yàn)算。2.各種設(shè)計(jì)方法的比較傳統(tǒng)方法

6、:認(rèn)為螺栓群受力三角形分布利用平衡確定螺栓受力進(jìn)一步進(jìn)行其它部分的設(shè)計(jì)驗(yàn)算。輕鋼規(guī)程的設(shè)計(jì)方法即屬于此類如圖3(a)。英國規(guī)范:對(duì)傳統(tǒng)方法稍加改進(jìn)認(rèn)為受螺栓1拉力螺栓2拉力螺栓12拉力螺栓2s45拉力on婦a卜只淵螺栓34拉力資鸚森疆智20150、10ǎ洲之勸只田愉壓力板間壓力螺栓藝、板間壓力螺栓34拉力螺栓l板間壓力螺栓2板間壓力螺栓1、板間壓力050、05009曰月lǎZ翻Q只田懈卜只烈曰亡八曰卜只側(cè)o一一功正一氣蕩一一崩。彎矩M(

7、kNm)(a)節(jié)點(diǎn)2(外伸式)100200彎矩M(kNm)50100150彎矩M(kNm)(b)節(jié)點(diǎn)4(外伸式加勁)圖5螺栓受力與外加彎矩關(guān)系曲線(e)節(jié)點(diǎn)5(平齊式)低速度明顯增大當(dāng)端板厚度超過一定數(shù)值后在螺栓達(dá)到抗拉極限之前預(yù)壓區(qū)壓力已經(jīng)降低為零螺栓的承載力不能充分發(fā)揮。(4)加勁肋的作用:外伸式端板連接采用圖4(b)所示加勁肋時(shí)雖然最大受拉螺栓仍是受拉翼緣內(nèi)側(cè)的一排但外側(cè)螺栓的拉力已接近內(nèi)側(cè)螺栓。加勁肋的采用明顯改善了螺栓的拉力分

8、布狀態(tài)使受拉翼緣兩側(cè)螺栓均勻受力從而提高了節(jié)點(diǎn)的抗彎能力。(5)節(jié)點(diǎn)剛度:端板連接實(shí)際上屬于半剛性連接在輕鋼規(guī)程中作為剛接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。計(jì)算結(jié)果表明當(dāng)節(jié)點(diǎn)彎矩增大時(shí)端板的接觸面可能局部脫開梁端會(huì)產(chǎn)生一定程度的附加轉(zhuǎn)角。端板連接的剛性假設(shè)對(duì)剛架設(shè)計(jì)的影響有待進(jìn)一步研究。四、設(shè)計(jì)建議1.設(shè)計(jì)計(jì)算方法通過節(jié)點(diǎn)模型的計(jì)算分析不難看出目前的端板連接計(jì)算方法還有待進(jìn)一步完善。尤其是螺栓群的受力模式并未針對(duì)端板連接的具體特點(diǎn)與實(shí)際受力狀態(tài)不盡相符。由于采

9、取了比較保守的設(shè)計(jì)方法導(dǎo)致在實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)得到偏大的螺栓拉力設(shè)計(jì)值選用較大型號(hào)的螺栓而且按照輕鋼規(guī)程給出的端板厚度計(jì)算公式將得出較厚的端板設(shè)了了(a)平齊式(b)外伸式圖6建議采用螺栓受力分析模型計(jì)。因此有必要改進(jìn)螺栓設(shè)計(jì)拉力的計(jì)算方法閉。對(duì)于平齊式端板連接仍可采用平截面假定進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于外伸式端板連接雖然目前還沒有成熟的改進(jìn)方案受拉翼緣兩側(cè)螺栓拉力相等的受力模型近似于英國規(guī)范比較符合計(jì)算結(jié)果對(duì)于外伸式加勁的端板連接比較可取如圖6所示。

10、2.構(gòu)造措施(1)螺栓的布置在滿足受力要求的同時(shí)考慮到動(dòng)力荷載、連接質(zhì)量、材料性能等情況留有一定富余保證足夠的安全度還應(yīng)注意保證節(jié)點(diǎn)的剛度截面中部螺栓間距不宜太大有時(shí)可采用截面高度內(nèi)螺栓均布的做法而不是將螺栓集中于翼緣附近。(2)從計(jì)算結(jié)果可以看出外伸式端板連接采用加勁肋可以使受拉翼緣兩側(cè)的螺栓受力趨于均勻明顯提高了節(jié)點(diǎn)抗彎能力有效減小了節(jié)點(diǎn)板變形建議設(shè)計(jì)中加以采用增加節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度儲(chǔ)備保證端板有足夠剛度。此外構(gòu)件與端板連接處也可加厚腹板或