旅游文学作品赏析

Save this PDF as:
 WORD  PNG  TXT  JPG

Size: px
Start display at page:

Download "旅游文学作品赏析"

Transcription

1 第 7 章钢结构节点

2 本章内容 7.1 钢结构节点类型及设计原则 7.2 梁节点设计 7.3 柱节点设计 7.4 梁柱节点设计

3 结构主要节点构成 一 节点类型 7.1 钢结构节点类型及设计原则 钢结构是由构件和节点构成的

4 二 节点设计原则 保证具有良好的承载能力, 使结构或构件可以安全可靠地工作 ; 施工方便和经济合理 (1) 节点构造应保证实现结构计算简图所要求的连接性能 (2) 传力明确 (3) 节点应有足够的承载力 (4) 具有良好的延性 (5) 构造简洁, 便于制作和安装 (6) 经济合理 (7) 节点设计常用方法 : 等强度设计方法和按实际最大内力设计方法

5 7.2 梁节点设计 一 梁拼接节点 ( 一 ) 工厂拼接 构件因受到钢材规格或现有钢材尺寸限制而在钢结构制造厂进行的拼接 型钢梁的工厂拼接

6 ( 一 ) 工厂拼接 10t w 焊接梁的工厂拼接

7 ( 二 ) 工地拼接 构件受到运输条件或安装条件限制, 需将梁在工厂分段制作, 然后再运往工地进行地面拼装或高空拼接 一般布置在梁弯矩比较小的地方, 且翼缘和腹板宜在同一截面处断开, 以便分段运输

8 ( 二 ) 工地拼接 因高大的梁在工地施焊时不便翻身, 故应将上 下翼缘的拼接边缘均做成向上开口的 V 形坡口, 以便焊接 ~500 ~ 焊接梁的工地拼装

9 ( 二 ) 工地拼接 为了改善拼接处受力情况, 避免焊缝集中在同一截面, 也可以将翼缘和腹板拼接位置适当错开 焊接梁的工地拼装

10 ( 二 ) 工地拼接 对于较重的或承受动力荷载的大型组合梁, 考虑到工地焊接条件差, 焊接质量不易保证, 通常采用高强度螺栓摩擦型进行工地拼接 采用高强度螺栓的工地拼接

11 ( 二 ) 工地拼接 1. 拼接位置的确定 ; 2. 拼接件的配置及截面尺寸的选定 ; 3. 拼接连接的布置及计算. 4. 设计方法 : (1) 等强度设计. 翼缘拼接板的内力应按下式计算 : N 1 =A fn f A fn -- 被拼接翼缘板净截面面积 拼接处对接焊缝不能与基本金属等强时, 受拉翼缘焊缝应计算确定 ;

12 (2) 按梁拼接处实际最大内力设计 腹板拼接板及其连接承担的内力为 : 1) 拼接截面处的全部剪力 v; 2) 按刚度分配到腹板上的弯矩 M w : I I w I w M w M I 腹板截面惯性矩 ; 梁截面惯性矩

13 二 主 - 次梁连接节点 ( 一 ) 次梁为简支梁 (1) 叠接 1 次梁 1 主梁 1 1 次梁的叠接

14 单击图片播放

15 单击图片播放

16 ( 一 ) 次梁为简支梁 (2) 侧面连接将次梁腹板连接于主梁的腹板上, 或连接与主梁腹板相连的抗剪刚度较大的加劲肋上或支托上 次梁的侧面连接

17 单击图片播放

18 ( 一 ) 次梁为简支梁 (2) 侧面连接 次梁的侧面连接 ( 续 )

19 单击图片播放

20 ( 一 ) 次梁为简支梁 计算原则 : 通常将次梁的支座反力加大 20%~30% 计算所需连接的螺栓数目或焊缝尺寸

21 ( 二 ) 次梁为连续梁 (1) 叠接 连续次梁的叠接设置

22 ( 二 ) 次梁为连续梁 (2) 侧面连接 连续次梁的侧面连接设置

23 h 连续次梁的侧面连接设置 ( 二 ) 次梁为连续梁 (2) 侧面连接 5 N 5 M R R a 3 M a N 主梁 2. 承托竖板 3. 承托水平板 4. 次梁 5. 盖板

24 三 梁支座节点 R r b 平板支座 弧形支座 铰轴式支座

25 ( 一 ) 支承于砌体或混凝土上的支座 (1) 平板支座 (l 20m) 支座板截面面积 A: R 支座反力 ; f c A a b R f 支承材料的承压强度 ; a b 支座垫板的长和宽 ; c

26 ( 一 ) 支承于砌体或混凝土上的支座 (1) 平板支座 (l 20m) 其中垫板的宽度 a 满足 R ft w h 2.5hy a 10 3 t 按均布支座反力对平板产生的最大弯矩进行计算

27 ( 一 ) 支承于砌体或混凝土上的支座 (2) 弧形支座和辊轴支座 (l=20m~50m, l 750KN) r b 防止弧形支座的弧形垫块和滚轴支座的滚轴被劈裂, 其圆弧面与钢板接触面的承压力, 应满足 : 式中 : l d R 40ndlf 2 弧形支座板表面半径 r( r E 滚轴支座的滚轴直径 ; 弧形表面或滚轴与平板的接触长度 ; n 滚轴个数, 对于弧形支座 n 3b) 的 2倍或 1

28 ( 一 ) 支承于砌体或混凝土上的支座 (3) 铰轴式支座 (l 40m) 铰轴式支座的圆柱形枢轴, 当接触面中心角 θ 90 o 时, 其承压应力应满足 : 式中 : d 2R f dl 枢轴直径 ; l 枢轴纵向接触长度

29 2t ( 二 ) 支承于钢柱或钢牛腿上的支座 支承于钢柱或吊车梁牛腿上梁支座有平板式支座和突缘式支座 刨平顶紧 刨平顶紧 t 钢柱或钢牛腿上的梁支座

30 一 柱拼接节点 ( 一 ) 工厂拼接 7.3 柱节点设计 拼接接头宜采用全焊缝连接, 且翼缘与腹板的接头应相互错开 500mm 以上, 以避免在同一截面有过多的焊缝 焊缝质量等级一般为一 二级, 可不必进行强度计算

31 ( 二 ) 工地拼接对于多层框架, 柱的安装单元长度常为 2~3 层楼高, 在上层横梁上表面以上 0.8~1.3m 附近 弯矩较小处设置柱与柱的工地拼接 1 安装连接用耳板 N M V N M r=30~35 1 安装连接用耳板 1-1 框架柱的拼接

32 ( 二 ) 工地拼接 N M V N M V r=30~35 框架柱的拼接

33 ( 二 ) 工地拼接 柱的拼接一般按等强度原则计算 此时, 当采用对接焊缝时应为坡口全熔透焊缝 对于工字型截面或箱型截面柱, 当全部采用坡口全熔透焊缝拼接, 用引弧板施焊且焊缝质量等级不低于二级时, 接头与构件等强, 因而不必进行强度计算

34 二 柱变截面节点 框架柱的变截面连接

35 二 柱变截面节点 框架柱的变截面连接

36 二 柱变截面节点 框架柱的变截面连接

37 三 柱头与柱脚节点 ( 一 ) 柱头节点 设计原则是 : 传力明确 过程简洁 经济合理 安全可靠, 并具有足够的刚度且构造又不复杂

38 ( 一 ) 柱头节点 1. 轴心受压柱头 (1) 梁支承于柱顶的铰接连接 顶板应有足够的刚度, 一般厚度为 16mm~ 24mm

39 ( 一 ) 柱头节点 1 实腹式柱的柱顶铰接连接 : 梁与柱的铰接连接

40 A 梁柱顶部连接 单击图片播放

41 B 顶部插入式连接 单击图片播放

42 ( 一 ) 柱头节点 2 格构式柱的柱顶铰接连接 梁与柱的铰接连接

43 柱头计算 传力路线 : 焊缝垫板焊缝 焊缝梁突缘柱顶板加劲肋 柱身 填板 构造螺栓 梁 突缘 梁 填板 柱顶板 垫板 柱 加劲肋

44 15-20mm 柱头的计算 (1) 梁端局部承压计算同梁支座设计 (2) 柱顶板平面尺寸超出柱轮廓尺寸 15-20mm, 厚度不小于 14mm (3) 加劲肋 15-20mm t 14mm N/2 l/2 l 加劲肋与柱腹板的连接焊缝按承受剪力 V=N/2 和弯矩 M=Nl/4 计算

45 单击图片播放

46 ( 一 ) 柱头节点 (2) 梁支承于柱侧的铰接连接 1 实腹式柱的柱侧铰接连接 : 梁与柱的铰接连接

47 单击图片播放

48 ( 一 ) 柱头节点 (2) 梁支承于柱侧的铰接连接 2 格构式柱的柱侧铰接连接 : 当梁穿过实轴时, 其节点构造与实腹式相同 当梁穿过柱虚轴时, 可在肢件间焊接厚钢板或角钢作为支承梁的承托, 其有关尺寸需由计算确定

49 ( 一 ) 柱头节点 2. 偏心受压柱柱头 450 t1 t2 h2 柱顶板 肋板 柱顶板 2 1 肋板 (a) 偏压柱柱头

50 ( 一 ) 柱头节点 2. 偏心受压柱柱头 450 t1 t2 h2 h1 柱顶板 隔板 肋板 缀板 柱顶板 缀板 600 隔板 (b) 偏压柱柱头

51 ( 二 ) 铰接柱脚 将柱的内力传递给基础, 并将柱固定在基础上 设计时应力求传力明确, 构造简单, 便于安装固定, 并符合结构的计算简图

52 剪力可由底板与基础间的摩擦力来承受, 摩擦系数取 0.4, 当水平剪力超过柱底摩擦力时, 设置抗剪键, 或在柱脚外包混凝土来承受剪力 抗剪键可由钢板 方钢 短 T 字钢或 H 型钢做成 一般不宜用柱脚锚栓来承受水平剪力 柱脚的抗剪键

53 1 柱脚的型式和构造 实际的铰接柱脚型式有以下几种 : (1) 轴承式柱脚 制作安装复杂, 费钢材, 但与 力学符合较好 枢轴

54 (2) 平板式柱脚 单击图片播放 单击图片播放

55 (2) 平板式柱脚 N 柱 X 靴梁 底板 隔板 锚栓 Y 隔板

56 (2) 平板式柱脚 肋板 b 1 锚栓用以固定柱脚位置, 沿轴线布置 2 个, 直径 20-25mm

57 2. 柱脚计算 传力途径 t B t N 柱 靴梁 底板 隔板 锚栓 隔板 a b 1 a 1 隔板 ( 肋板 ) L 柱靴梁底板混凝土基础 实际计算不考虑

58 柱脚零件间的焊缝布置 焊缝布置原则 : 考虑施焊的方便与可能

59 t 2. 柱脚的计算 (1) 底板的面积假设基础与底板间的 压应力均匀分布 A n N f l c ( 4 靴梁 隔板 底板 63) 式中 :f c -- 混凝土轴心抗压设计强度 ; β l -- 基础混凝土局部承压时的强度提高系数 f c β l 均按 混凝土结构设计规范 取值 A n 底版净面积,A n =B L-A 0 a b 1 a 1 B t A o -- 锚栓孔面积, 一般锚栓孔直径为锚栓直径的 1~1.5 倍 A L L B N f l c A 0

60 t B a 2t 2c 1 b 构件截面高度 ; a b 1 a 1 B t t 靴梁厚度一般为 10~14mm; c 悬臂宽度,c=3~4 倍螺栓直 L 径 d,d=20~24mm, 则 L 可求 注意 B L 均应取整 取定 B L 后应验算基础顶面压应力要求 : q N A n f l c q N /( L B A ) 0 l f c

61 (2) 底板的厚度 : 抗弯确定 a 1 B t t a b 1 底板的厚度, 取决于受力大小, 可将其分为不同 受力区域 : 一边 ( 悬臂板 ) 两边 三边和四边支承板 L 1 一边支承部分 ( 悬臂板 ) M 1 q c 2 2

62 2 二相邻边支承部分 : M β q a a 1 B t t a b 1 式中 : -- 对角线长度 ; a 2 β -- 系数, 与 b 2 / a 2 有关 L b 2 /a β

63 3 三边支承部分 : M β q a a b 1 a 1 B t 1 t 1 式中 : -- 自由边长度 ; a 1 β -- 系数, 与 b 1 / a 1 有关 L b 1 /a β 当 b 1 /a 1 <0.3 时, 可按悬臂长度为 b 1 的悬臂板计算

64 4 四边支承部分 : M q a 4 2 式中 : a-- 四边支承板短边长度 ; b-- 四边支承板长边长度 ; a b 1 a 1 B t 1 t 1 α 系数, 与 b/a 有关 L b/a α 取 M max max M 1, M 2, M 3, M 4 底板厚度要求 : t 6M f max 14mm (4 65)

65 (3) 靴梁的设计 A 靴梁的最小厚度不宜小于 10mm, 厚度与柱厚度大致 相同, 高度由其与柱间的焊缝 (4 条 ) 长度确定 N l w 60h 4 0.7h f f w f f 靴梁 h a 所以 : h a l w 2h f 且取 10的倍数 a b 1 a 1 B t 1 t 1 L

66 B 靴梁的截面验算 按支承在柱边的双悬臂外伸梁受均布反力作用 l M q l R e 2 e a b V q l R 1 上式中的 q 为线荷载, 按实际 情况计算 R l M l R q 抗弯 : 抗剪 : l L M W 6M 2 t 1 ha VS It 1 1.5V t h 1 a a 1 B t 1 t 1 f f v

67 (4) 隔板的计算隔板的厚度不得小于其宽 度的 1/50, 高度由计算确定, 且略小于靴梁的高度 隔板 h 1 h a 隔板可视为简支于靴梁的简支梁, 负荷范围如图 q a b 1 a 1 B t 1 t 1 h 1 L l w a 1 0.5qa 1 1 h1 l w1 2h f ( 取整 ) 0.7h f f 1 w f

68 隔板截面验算 : 式中 : 抗弯 : 抗剪 : M M W 6M t 2 h1 1.5V t h 2 VS It f f v a 1 q h 1 2 q a 1 8 V q a 1 2 t 2 a 1 50( 取整 (5) 靴梁及隔板与底板间的焊缝的计算 按正面角焊缝, 承担全部轴力计算, 焊脚尺寸由构造确定 f N 0.7h f l w f w f )

69 ( 三 ) 刚接柱脚格构式偏心柱脚 片播放单击图

70 (1) 形式和构造 外露式 : 弯矩作用下产生的拉力由锚栓承受, 锚栓直径常为 30~76mm, 根据其承受的拉力来选择 锚栓一般应固定在焊于靴梁上的刚度较大的锚栓支承托座上

71

72 埋入式刚接柱脚 (1) 形式和构造 埋入式 : 通过混凝土对钢柱的承压力传递弯矩, 当柱脚的埋入深度超过一定数值后, 柱的全塑性弯矩可传递给基础 构造比较简单, 易于安装就位, 柱脚的嵌固性容易保证

73 (1) 形式和构造外包式 : 按一定的要求将钢柱脚用钢筋混凝土包裹起来 其混凝土外包高度与埋入式柱脚的埋入深度要求相同 : 轴力 : 通过钢柱底板传至基础 ; 剪力和弯矩 : 由外包钢筋混凝土承担, 通过箍筋传给外包混凝土及其中的主筋, 再传给基础 外包式刚接柱脚

74 (2) 外露式柱脚计算 1 整体式柱脚 底板面积确定底板宽度 B 由构造确定,c=20~50mm; 底板长度 --- 计算确定 : max min 底板厚度确定 N bl N bl 6M 2 bl 6M bl 2 f c 同轴压柱脚, 计算各区格板弯矩时, 可取其范围内的最大反力

75 靴梁 隔板及其焊缝计算 A 靴梁的高度按柱与其连接焊缝的长度确定, 每侧焊缝承担的轴力为 : N M N 1 2 h B 靴梁的强度 按支承于柱边的悬臂梁计算, 内力可偏于安全按最大基底反力计算

76 C 隔板设计 同轴压柱脚, 内力可偏于安全按计算处的最大基 底反力计算

77 (2) 外露式柱脚计算 min 0 锚栓设计 : 当时, 底板与基础间只有压力, 锚栓只起固定柱脚位置的作用, 可按构造设置 当 min 0时, 底板与基础间存在拉应力, 底板与基础之间不能承受拉应力, 锚栓的作用除了固定柱脚位置外, 还应能承受柱脚底部由压应力 N 和弯矩 M 组合作用而引起的拉力 N t max min N bl N bl 6M 2 bl 6M 2 bl

78 (2) 外露式柱脚计算 当组合内力 N M( 通常取 N 偏小 M 偏大的一组 ) 作用下, 按前述假定得出所示底板下应力的分布图形时, 可假定拉应力的组合由锚栓承受, 根据对压应力合力作用点 D 的力矩平衡条件 M D =0, 可得 N t ( M Na) / x

79 注意 : 以上计算是假定底板为刚性, 计算值偏大 ; 由于栓径较大, 故应考虑螺纹处的应力集中, 钢材的强度取值应降低, 详见规范 ; 由于底板的刚度不足, 锚栓不能直接连于底板, 以防止底板变形而使锚栓不能可靠受拉, 连接处应做构造处理

80 (2) 外露式柱脚计算 当设计选用的受拉螺栓位置与上述方法计算出的拉应力合力位置不重合时, 将不满足力的平衡条件, 求得的锚栓拉力略微偏大 当求得的锚栓直径大于 60mm 时, 为了更精确的求解 N t, 一般建议改用钢筋混凝土受弯构件的弹性设计方法求解

81

82 2 分离式柱脚

83 2 分离式柱脚 分离式柱脚每个肢的柱脚都根据分肢可能产生的最大压力按轴心受压的铰接柱设计, 锚栓支承托座和锚栓的直径则根据分肢可能产生的最大拉力确定 为了加强分离式柱脚在运输和安装时的刚度, 应设置联系杆把两个柱脚连起来

84 加劲板 加劲板 地脚螺栓 84

85 浇入素混凝土保护地脚锚栓 受拉区全部有效 85

86

87 柱脚锚栓应采用 Q235 或 Q345 钢材制作 锚栓的直径不宜小于 24mm, 且应采用双螺帽 锚栓不宜用于承受柱脚底部的水平剪力, 应由柱脚底板与其下部的混凝土基础间的摩擦力来抵抗 摩擦力系数取 0.4 摩擦力不满足时, 设抗剪键 ( 角钢或槽钢 ) V fb 0. 4 N V

88 7.4 梁柱节点设计 柔性连接 : 传递理想刚接弯矩的 0~20% 刚性连接 : 承受理想刚接弯矩的 90% 以上 半刚性连接 : 介于柔性连接和刚性连接之间

89 一 梁柱柔性连接节点 单层框架中的梁与柱柔性连接, 可采用梁支承于柱顶和支承于柱侧的两种连接方式 多层框架中的梁与柱的柔性连接, 宜采用柱贯通, 梁支承于柱侧的连接方式

90 一 梁柱柔性连接节点 梁与柱的铰接连接柱强轴方向与框架梁的连接

91 一 梁柱柔性连接节点 图 7-29 梁与柱的铰接连接柱弱轴方向与框架梁的连接

92 二 梁柱刚接节点 ( 一 ) 形式与构造 (1) 全焊接节点 :

93 二 梁柱刚接节点 ( 一 ) 形式与构造 (1) 全焊接节点 :

94 二 梁柱刚接节点 ( 一 ) 形式与构造 (2) 栓焊混合连接节点 : 目前多高层框架结构梁与柱连接最常用的构造形式 ;

95 二 梁柱刚接节点 ( 一 ) 形式与构造 (3) 全栓接节点 : 一般只用于非地震区的多层框架

96 ( 二 ) 梁柱刚节点的计算 1. 无加劲肋柱节点的计 (1) 柱腹板在计算高度边缘的局部承压强度 柱腹板厚度 t w t w A b fc e f f c b

97 ( 二 ) 梁柱刚节点的计算 1. 无加劲肋柱节点的计算 (2) 柱腹板的局部稳定 t w h c 30 f yc 235

98 ( 二 ) 梁柱刚节点的计算 1. 无加劲肋柱节点的计算 (3) 柱翼缘受拉强度 t 0.4 A f / c ft b f c (7-22)

99 ( 二 ) 梁柱刚节点的计算 2. 设置柱的加劲肋时柱腹板节点域计算当梁柱刚性连接处不能满足上述式的要求时, 应设置柱腹板的横向加劲肋

100 ( 二 ) 梁柱刚节点的计算 2. 设置柱的加劲肋时柱腹板节点域计算 (1) 节点域的抗剪计算图示工字型截面柱, 节点腹板区域所受的剪力为节点腹板域受力状态 c b b V h M M V b 对应剪应力应满足 v w c w c b b b f t h V t h h M M c 1 2 1

101 ( 二 ) 梁柱刚节点的计算 2. 设置柱的加劲肋时柱腹板节点域计算 (1) 节点域的抗剪计算钢结构设计规范将节点域的抗剪强度提高到 4f v /3; 同时略去剪力项 于是, 将上式写成 M b1 V P M b f v

102 ( 二 ) 梁柱刚节点的计算 2. 设置柱的加劲肋时柱腹板节点域计算 (2) 节点域腹板的局部稳定为保证节点域腹板的局部稳定, 腹板厚度 t w 应满足下式要求 t w h c 90 h b

103 ( 二 ) 梁柱刚节点的计算 2. 设置柱的加劲肋时柱腹板节点域计算 (3) 节点域加强措施当腹板节点域不满足式 M b1 M b 2 4 f v要求时, VP 3 可采用以下措施 节点域腹板厚度的加强

104 ( 二 ) 梁柱刚节点的计算 2. 设置柱的加劲肋时柱腹板节点域计算 (4) 柱腹板横向加劲肋的要求 1 应能传递梁翼缘传来的集中力 2 横向加劲肋的中心线应与梁翼缘的中心线对准 3 箱型柱中的横向加劲肋隔板与柱翼缘的连接, 宜采用焊透 T 形对接焊缝 4 斜向加劲肋及其连接应能传递超出柱腹板所能承受剪力之外的剪力

105 三 梁柱半刚接节点