根据受力变形特征,钢结构梁与柱的连接可分为三类:1.刚性连接,能承受弯矩和剪力;2.铰接连接,不能承受弯矩,只能承受剪力;3.半刚性连接,能承受剪力和一定的弯矩。
现实中钢结构的连接并无绝对的刚接与铰接,大部分节点形式属于半刚接。但为了降低计算难度,在传统的分析与设计中,连接节点常被简化为理想的铰接节点或刚接节点。一般认为连接对转动的约束达到理想刚接的90%以上时,可视为刚接。在外力作用下,梁柱轴线夹角的改变量达到理想铰接的80%以上时,可视为铰接。
梁与柱的连接节点构造应与连接类别的受力特征假定相符,通常采用柱贯通的连接形式。对于刚性连接,梁的上、下翼缘均应与柱相连;铰接连接可仅梁腹板或一侧翼缘与柱相连。而由于半刚性连接结构的分析与设计,至今尚无很方便的工程实用方法,目前在实际工程中还较少采用。通过端板连接的节点为半刚接。
梁柱的刚性连接应具有足够的刚度,可以承受设计要求的弯矩,在达到承载之前,做连接的梁柱之间不能发生相对转动。凡是需要抵抗水平力的框架,主梁和柱的连接均应采用刚性连接。
常用的梁柱刚性连接构造形式有;a全焊接节点,梁的上、下翼缘和腹板均与柱用焊接连接在一起,通常翼缘与柱用全熔透坡口焊,腹板用角焊缝与柱相连;b栓焊混合节点,梁的上、下翼缘用全熔透的坡口焊,腹板则用高强度螺栓与柱相连;c全螺栓节点,梁翼缘与腹板均采用高强度螺栓与柱相连。
全焊接节点一般在工厂加工时采用,而栓焊混合节点和全栓节点通常在现场安装的情况下采用。
三种节点型式中,虽然连接的承载力相同,但在地震时吸收和耗散能量的能力差别较大,全焊连接的滞回曲线呈稳定纺锤形,节点的延性和刚度最好。栓焊混合节点,虽然由于腹板螺栓滑动而不完全刚性,但是其性能与全焊连接相差不大。全栓连接节点,由于翼缘和腹板均发生滑动,滞回曲线呈滑动形。因此在地震作用下,全栓连接难以满足刚性连接的要求,一般只适用于非地震区的多层框架结构。
梁与柱的铰接连接,又称柔性连接。铰接连接构造简单、传力简洁、施工方便,在工程中也有广泛的应用。非地震区多层或高层钢框架如果采用剪力墙等承受水平荷载(框架仅承受重力荷载)和提供抗侧刚度的结构体系,梁与柱的连接即可采用铰接方案。
铰接连接只能承受很小的弯矩,要求梁端能够较自由地转动,但没有线位移,能传递剪力和轴力。
梁腹板与柱节点板用高强度螺栓连接,节点板可以是单板,也可是双板。单板连接的节点板厚度不得小于梁腹板厚度;双板连接时,为便于梁吊装就位,可先将一块节点板焊在柱上,待梁就位后,在工地上将另一块节点板焊接在相应的位置上,在拧紧螺栓。
实际上绝对的铰接是不存在的,节点板的刚度和螺栓对梁端的旋转仍有一定的约束度,在梁的腹板与柱连接的铰接连接中,节点对梁的转动约束度约为全刚性抗弯节点的10%。这些连接能传递有限的弯矩,但在设计中可不予考虑,它们的延性足以容许被连接梁的充分转动。
为保证铰接连接的梁端能转动,以符合设计假定,节点在构造上可采取下列措施:a在保证连接可靠的条件下,尽量减少螺栓的数量;b梁端和柱之间留出10~15mm的缝隙,使梁能有转动的余地。
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