高等钢结构设计原理第十章-课件.ppt

1、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 10.1.1 等截面拉、压杆拼接等截面拉、压杆拼接1 1、工厂拼接、工厂拼接(1)(1)直接对焊直接对焊 宜采用一、二级质量标准。宜采用一、二级质量标准。(2)(2)拼接板加角焊缝拼接板加角焊缝 应传力直接均匀；避免应力过分集中；要有施焊空间。应传力直接均匀；避免应力过分集中；要有施焊空间。2 2、工地拼接、工地拼接(1)(1)拉杆拉杆 拼接板加高强度螺栓拼接板加高强度螺栓 宜采用高强度螺栓摩擦型连接。宜采用高强度螺栓摩擦型连接

2、。端板加高强度螺栓端板加高强度螺栓(2)(2)压杆压杆 焊接焊接 上段柱要预先做好剖口，带有定位零件，以保证施焊位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。置正确。刨平顶紧刨平顶紧直接承压传力直接承压传力 可辅以少量焊缝或螺栓。可辅以少量焊缝或螺栓。说明说明 拉压杆拼接宜按拉压杆拼接宜按等强原则等强原则计算计算,压杆的拼接还应注意不致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；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拼接不仅要保证断开截面的强度强度，也要保证构件的，也要保证构件的整体整体 刚度刚度。10.1.2 10.1.2 变截面

3、柱拼接变截面柱拼接1 1、直接对焊、直接对焊 适用于只改变翼缘厚度的情况。适用于只改变翼缘厚度的情况。2 2、上下段柱共同焊于一块平板、上下段柱共同焊于一块平板 腹板宽度变化不大时用。腹板宽度变化不大时用。3 3、上下段柱共同焊于一块平板、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。腹板宽度变化大，且一侧翼缘外表面平齐时用。4 4、上下段柱中线对齐、上下段柱中线对齐5 5、上下段柱之间设变截面段、上下段柱之间设变截面段6 6、下段柱为格构柱时、下段柱为格构柱时11fNbtf10.1.3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

4、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 1、分类、分类(1)(1)工厂拼接工厂拼接 主要是受到钢材规格和现有钢材尺寸限制而进行的拼接。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)(2)工地拼接工地拼接 主要是受到运输和安装（起重）条件限制而进行的拼接。主要是受到运输和安装（起重）条件限制而进行的拼接。2 2、型钢梁拼接、型钢梁拼接(1)(1)同一截面对接焊缝同一截面对接焊缝（在（在 M M 较小处拼接）较小处拼接）(2)(2)盖板角焊缝盖板角焊缝 3 3、组合梁对接焊缝拼接、组合梁对接焊缝拼接(1)(1)工厂拼接工厂拼接 翼缘和腹板的接头翼缘和腹板的接头位

5、置要相互错开位置要相互错开,和加劲和加劲肋的位置也要错开肋的位置也要错开;对接焊缝要采用二对接焊缝要采用二级以上的检查方法，施级以上的检查方法，施焊时要使用引弧板。焊时要使用引弧板。(2)(2)工地拼接工地拼接 为了便于运输，接头为了便于运输，接头位置一般在同一截面，但也位置一般在同一截面，但也可做成焊缝不在同一截面的可做成焊缝不在同一截面的接头。接头。为了减少焊接残余应为了减少焊接残余应力，腹板和翼缘的连接焊缝力，腹板和翼缘的连接焊缝应先留出应先留出500500的长度在工的长度在工厂不焊，待在工地将接头焊厂不焊，待在工地将接头焊好后，最后再焊。好后，最后再焊。4 4、组合梁高强度螺栓工地拼接

6、、组合梁高强度螺栓工地拼接(1)(1)翼缘拼接翼缘拼接 拼接板的净截面面积不小于翼缘的净截面面积；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根据翼缘净截面所能承受的轴力;按轴心力按轴心力N N 作用的连接计算方法确定高强度螺栓的数目。作用的连接计算方法确定高强度螺栓的数目。fANfn(2)(2)腹板拼接腹板拼接 腹板接头受力：腹板接头受力：剪力剪力V V，弯矩弯矩 剪力作用下，一个螺栓所受的剪力为：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在弯矩作用下，螺栓群受扭，受力最大的螺栓所受剪力为：为：（）注：注：由于梁的腹板高度

7、较大，螺栓群的排列高而窄，所以可由于梁的腹板高度较大，螺栓群的排列高而窄，所以可认为在认为在 作用下，螺栓仅承受水平力。作用下，螺栓仅承受水平力。所以有：所以有：MIIMxww nVV 1 211iwyyMTwMbvNVT 2121(7-65)(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Peyb aP m3.5 1.5eb aa l134al0.3/1.0a l当al当045塑性：极限状态阶段有限元计算：式中当为集中荷载时r0,uuPm12ebaKKal 16 15Kr l2920Kr lxyrc

8、c69ebaal极限状态2uueaTm b2uueTm ba2uQT acpfpfnMMTa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

9、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0.05ssrr 22220.07urusurusuururFFF 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:0.5kibbREIl0.25um 1201bkibEIRkl刚性连接最低转动刚度:b cc bI lkI l10.4梁与柱连接的构造梁与柱的连接分类：梁与柱的连接分类：柔性连接柔性连接(,)刚接刚接(,端板较厚时端板较厚时)半刚接半刚接(,)10.4.1柔性连接柔性连接只能

10、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1.52bpdtmm0.75fpht10.4.2半刚性连接半刚性连接形式应用范围：层数不超过1015的多

11、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212uylthgMfl 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。

12、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(

13、考虑纵向压力)5ebccbttr1bweAtb11.250.5wenCtbff2、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。222222112 1wctEhmhm av22212 1wctEhv2243012 1wyyhEtvff23528wyhtf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3.5fytc23、柱翼缘弯曲出现塑性铰拉力在翼缘的影响长度12cPt 用屈服线理论导出两侧翼缘板的承载力设计值分别为：211cy cTC f t13.5 5.0C 213.5cy cT

14、f t272ycbwcTftttr20.872ycbwcTftttr0.4cyTtf10.4cbtA 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。(2)(1.25)7y bwccyf t trTtfT(2)y bwcf t trT统计分析此项最小值为0.154、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

15、，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21cosybybf Af A21cosbbAA22cossincosystycybf Af Af A22cossincosbcstAAA当翼缘逐渐转变方向时，也要考虑类似影响NqbR10.5柱脚10.5.1柱脚的构成 柱脚的作用柱脚的作用 放大柱端面积放大柱端面积;将柱内力传递给基础将柱内力传递给基础;固定固定柱子柱子 柱脚的分类柱脚的分类 铰接柱脚铰接柱脚 只传递轴力只传递轴力N N(轴心受压柱采用轴心受压柱采用)刚接柱脚刚接柱脚 传递

16、轴力传递轴力N N，弯矩，弯矩M M(偏心受压柱采用偏心受压柱采用)型式和构造型式和构造 轴承式铰接柱脚；轴承式铰接柱脚；平板式铰接柱脚；平板式铰接柱脚；平板式刚接柱脚平板式刚接柱脚 埋入式、外包式刚接柱脚；埋入式、外包式刚接柱脚；靴梁式铰接柱脚；靴梁式铰接柱脚；靴梁式刚接柱脚；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0.93bpAa bt0.753bpAa bt1、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1306EnE砼等级在C15和C30之间变动 c=1.5tp欧盟规范1993试行03ypjMfctf1

17、jCfkf底板的厚度由其最大弯矩决定，底板单位宽度的最大弯矩0.44mcp1.26Npl22jmf c0.25mcp6m f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23212 1ecrkEtPvl0.51.0l h1.02.0l h65623542.8yyltff65623542.8yyl hll thffyyyPk f lt3、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16Hehth1.2yaNfb t 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=0.9Nh=3b

18、ae=h/2板边缘应力达到屈服点0.84ya aNfb t3.2ayaNt fb3.8att 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1.2yaNfb t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。NMAW 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3

19、0角分布，到最后一行连接件轴线上截得宽度be剪拉联合破坏剪拉联合破坏压曲破坏压曲破坏iitltfN2112cosii节点板拉裂计算sinsiniiiiiiNlt 第i段撕裂面上的平均正应力和平均剪应力分别为coscosiiiiiiNlt222223sin3cos12cosirediiiiiiiuiNltNflt2112cosiiuiNltf2112cosii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。15 235yc tf1 210 235yc tf60235ytf节点板的受力情

20、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，不同截面的弦杆轴线最好不相距过远。1、不等厚角度2、不等角钢3、加板杆件夹角很小节点很容易出现节点偏心。避免节点偏心的原则不是绝对的 10.7、10.8节自学作业：习题10-1试评论教材图10-15梁柱连接节点的试验方案，并提出另一种方案与之比较。习题10-2框架支撑点如图所示，梁、柱和斜杆为H型钢截面高度分别为600、400和300mm，工地用高强度螺栓连接，试给出节点构造图，要求构件中心交汇（按比例绘图）节点