组合节点范文（精选6篇）
组合节点 第1篇
福州某工程一期建设项目,工程总造价约1.6亿元,总建筑面积为64895m2,其中研究院为地上19层,地下1层,高度80.5m;附属楼为地上3层,地下1层,高度18m;实验中心为地上9层,地下1层,高度39.2m。底部裙楼采用型钢混凝土组合结构。
2 工艺原理
型钢混凝土组合结构节点连接:在型钢柱腹板截面处所对应梁纵筋位置处开孔,开孔位置考虑双向梁钢筋的层次分部,牛腿梁中部钢筋通过在腹板处开孔直接贯通连接,钢筋采用通长设置;在SRC柱边上设H型牛腿板,将梁边角部钢筋与H型牛腿板焊接在一起,避免了仰焊,遵照规范要求进行焊接,保证了焊接质量。SRC柱与梁筋焊接布置详图1,图2。
3 节点施工工艺
3.1 施工工艺流程及操作要点
3.1.1 施工工艺流程
施工前准备→SRC柱深化设计→牛腿板加工→牛腿板焊接→梁钢筋安装→混凝土浇捣。
3.1.2 施工前准备
(1)组织图纸会审,熟悉掌握图纸上标注的梁柱节点大样,对照图集,提出并解决施工中将发生的技术难题。
(2)编制好专项施工方案,组织施工技术人员进行上岗前的学习,对参与进行型钢混凝土结构施工的班组做好技术安全交底。
(3)确保施工机具安全稳定,选择功率适宜的电焊机,并为电焊机连接稳压稳流装置确保焊接过程中电流稳定。
3.1.3 SRC柱深化设计
(1)与SRC柱生产厂家沟通,根据现场设计图纸进行SRC柱的深化设计。
(2)深化设计时应严格依据施工图纸中注明的梁钢筋直径、根数、规范规定的保护层厚度等放样确定钻孔位置。钻孔时孔洞的直径宜大于钢筋直径10mm。
(3)型钢腹板截面损失率宜小于腹板面积的25%,若截面损失率超过25%时应联系设计单位对其截面承载能力进行核算。
(4)定制SRC柱,并依照施工组织设计中的主要材料供应计划组织进场。
(5)SRC柱运达施工现场后应在使用前进行复检,检查孔洞尺寸并对其编号,确保后续步骤能够顺利进行。
3.1.4 牛腿板加工
(1)现场按照施工图纸尺寸加工牛腿板。
(2)切割坡口时采用火焰切割,切割时应注意坡口方向。坡口面角应参照GBT985.1《气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口》规定的角度设置。
(3)坡口加工好应及时清理。避免有残留物附着在坡口上,对焊接产生负面影响,从而影响焊缝焊接质量。
(4)在使用不等厚度的材料进行对接坡口时,采取减薄处理,改善坡口对接质量,以便更好的焊接。
3.1.5 牛腿板焊接
将牛腿板竖向焊接在SRC柱上,焊接应采用熔化极气体保护电弧焊,并设置加劲肋。加劲肋厚20mm,宽度同牛腿板。详见图3,图4。
3.1.6 梁钢筋安装
(1)将梁角部钢筋焊于竖向牛腿板上。
(2)焊接主筋时,将工件结合后,先点焊牢固,再开始焊接,焊接长度要求满足双面5d的要求,焊缝高度约为6mm。
(3)钢筋焊接强度应保证不小于钢筋屈服强度。当发现钢筋脆断、焊接性能不良或力学性能显著不正常若干现象,应对该批次钢筋进行化学检验或其他专项检验。
(4)梁中部钢筋穿过SRC柱腹板截面所预留的孔洞位置,通长连接。穿钢筋时应尽量避免钢筋接触孔洞,保证孔洞截面完整不被破坏。
(5)调整梁主筋位置,最后绑扎箍筋。
3.1.7 混凝土浇捣
(1)混凝土浇捣前应严格依据《混凝土结构工程施工质量验收规范》中模板工程所提出的要求逐一检查。
(2)SRC结构由于柱梁节点结构复杂,钢筋密集,为保证混凝土施工质量,粗骨料粒径应控制在25mm之内,坍落度宜控制在180±20mm以内。
(3)由于混凝土浇筑及振捣时候的死角较多,易出现振捣不密实现象。为此,浇筑时混凝土宜从型钢柱四侧均匀下料。同时每根柱采用四根振捣棒进行振捣,浇筑至顶。
(4)SRC柱砼振捣应采用多条振动棒同时振捣,确保该部位混凝土振捣密实,保证节点处混凝土不出现蜂窝、麻面等质量缺陷。
3.2 质量及安全注意事项
3.2.1 注重钢材进场验收
钢结构构件由制造厂家加工运至现场,到场后及时组织验收,并检测厂家所提供的钢结构构件产品合格证及相应检测报告。
3.2.2 钢结构焊缝焊接验收
(1)按要求进行焊工岗前培训及三级教育,培训合格后方可进行工作。
(2)执行自检、互检、交检制度,做好“焊接施工记录卡”,并对焊缝进行100%超声波探伤。以上检查项目均做好记录。
(3)焊接后不得过早拆卸焊接夹具和敲渣壳,以防止接头弯曲变形。敲渣壳时,禁止采用尖硬物品撞击焊包,以防焊包受到破坏。钢筋焊好后,还应采取临时固定措施,以防钢筋受外力弯曲。
(4)焊接构件中,大凡由于结构受力影响产生的残余变形,应及时进行矫正。焊接预热温度及层间温度严格按照焊接标准执行。
3.2.3 安全要求
(1)现场临时用电要求严格执行《施工现场临时用电安全技术规范》的规定。
(2)高空焊接作业,必须系好安全带,做好动火审批。工作面周围应设置有消防设备;进行移动电焊机时,必须切断电源。
(3)钢材吊运时其周围及下方应有完善的防护措施,设置警示标志,并派专人监督,非作业人员不得进入作业区域。
4 施工总结
型钢混凝土结构是近年来新兴的一种结构形式,本文施工方法适用于采用型钢混凝土结构的工业或民用建筑,通过施工前以及施工中对型钢混凝土节点结构进行研讨和优化设计:设置了H型牛腿板,提供焊接操作空间,与工字型牛腿相比,避免了仰焊,提高了焊接工作效率;将梁中部纵筋直接穿过SRC柱,减少了焊接工作量,简化了施工难度,保证进度。
摘要：型钢混凝土组合结构是在钢筋混凝土中加入型钢的结构型式,具有承载力高、刚度大、抗震性好的优点,与钢结构相比,具有整体稳定性好,防火性好,节约钢材的优点。本文结合工程实际对SRC柱以及钢筋混凝土梁的连接节点施工工艺要点进行论述。
关键词：型钢混凝土组合结构,节点,施工工艺,要点
参考文献
[1]中国工程建设标准化协会.GB 50017-2003钢结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2006.
[2]中国电子工程设计院.04SG523型钢混凝土组合结构构造[S].北京:中国建筑标准设计研究院,2004.
组合节点 第2篇
随着人们环保意识的加强, 以及节能建筑的发展, 将走持续发展道路作为21世纪人类社会发展的主题, 已在全世界范围内形成共识。建造建筑物需要大量的材料, 消耗大量的资源, 其中的许多资源是不可再生的。在使用建筑物时, 尽可能地延长其使用寿命符合持续发展的战略, 因而具有广阔的前景。
1 工程概况
陕西省西安市公园南路与建工路东北侧, 对原长岭电冰箱厂进行加层改造, 用于商业广场。原厂房混凝土框架结构共3层, 现设计对原结构2、3层各增加1层钢结构, 改造后共5层。抗震设防烈度为8度 (设计基本地震加速度值为0.20 g;设计地震分组第一组) 。抗震设防类别:丙类。防火等级:二级。地基基础设计等级:丙级。加建后商业广场底面积5 500 m2。
2 柱脚刚性连接设计
加层改造工程中, 钢结构和混凝土结构水平荷载传递变化不大, 竖向荷载传递钢结构相对较小。新加结构与原结构构件的材料、截面惯性距、质量的不同, 使其存在各层竖向刚度突变, 因此水平方向的风荷载, 地震作用下会产生明显的鞭梢效应。为保证加层钢结构的抗震性能以及新旧结构的整体性, 必须对钢框架柱脚节点进行加固处理。
2.1 框架柱加固方法
对框架柱常用处理办法为增大截面法和外包钢法。
加大截面法特点:施工周期长, 费用相对低, 影响部分建筑观赏及使用功能。
外包钢法的特点:施工周期短, 费用高, 增强结构的刚度、强度。为缩短施工周期, 本例采用外包钢法 (见图1~2) 。
2.2 常用柱脚连接方法
化学螺栓连接。在原有柱头上直接钻孔, 植入柱内与过渡钢板粘接, 待结构胶硬化后安装钢柱。通过对锚固钢筋抗拉力值的检测, 可知其主要破坏形式有三种:螺栓或钢筋破坏、胶体破坏、基材破坏, 且能根据破坏形式判别。该构造施工方便, 但结构胶的耐久性、施工质量的可靠性有待提高, 节点抗震性能也没有增强。
U型箍连接。当增加1层或加层内力较小时, 可以采用U型螺栓连接法。具体是在钢柱下部梁用U型螺栓, 梁顶跟钢板用螺栓连接或钻孔塞焊。该构造施工方便, 但不提高节点受力能力。
柱中钢筋直接连接。当原混凝土柱顶配筋密集, 无法采用直接钻孔连接法, 可用柱筋作为连接钢筋, 即在柱内选择位置合适的主筋加热调正并提到地板上开孔塞焊, 在柱底铺西石混凝土找平, 钢板与底板螺栓连接。该方法不提高节点抗震性能, 且钢筋数量通常有限。
本工程属因上部加建房屋而对下部结构进行加固的工程, 经过反复计算核定和成本比较, 对原混凝土框架柱均采用外粘钢板加固法, 柱顶部、底部化学螺栓连接 (如图3~4) 。具体施工应注意:①钢筋化学锚固的钻孔间距及孔洞距构件边缘距离均不应小于100 mm或4 d;②钢筋锚固前应将钻孔洗净;③锚固材料 (如建筑结构胶) 未达到要求强度前, 钢筋不得扰动;④采用建筑结构胶锚固钢筋时, 锚固深度均不得小于设计要求 (大于150 mm) ;⑤施工中应采取措施避免钢筋锚固后结构胶受热 (如焊接等) , 梁底柱顶通过箍板粘钢板固定, 用化学锚栓连接。该措施使上部结构内力有效的传递给下部结构, 且使原节点三向受力得到加强, 其抗震性能得到明显提高。
加固完成后, 对加固后的结构进行沉降量的测定。该测定分两次进行。第一次在加固完成后一周内, 在加固部分墙体上选择一个点作为实验点, 然后选出一个观测点, 视野最好能够开阔, 且要求观测地点地面平整, 砸入钢钉做观测标志, 最后在未进行加固部分合适位置墙体选择参考点。第二次在加固后一年, 三个实验点的位置固定不变, 通过两次数据的记录比较, 计算出年沉降量, 对照建筑物沉降规范进行验收。如果实测数值不大于规范计算数值, 则满足建筑物沉降要求。
3 混凝土结构承载力不足
主要表现为:承载力不足, 混凝土变形大。外观表现有:构件裂缝过大, 钢筋外露, 混凝土锈蚀严重, 受压区混凝土破坏。常见处理措施:将蜂窝空洞处疏松混凝土全部凿除, 用加早强剂的高一级混凝土修补加强, 湿润养护14 d以上。同时可对原混凝土植筋, 植筋施工前必须进行拉拔试验原位测试。本工程原结构局部混凝土柱有疏松现象 (见图5) , 将原结构疏松混凝土凿除至坚实层面, 采用灌浆料进行修补, 采用植筋技术, 植筋深度为钢筋植筋的15d。钢筋采用HRB40025套丝螺纹钢。
4 新加层组合楼板
压型钢板仅做施工模板, 除满足施工荷载, 板型无要求, 施工完成后全部荷载由混凝土承受, 这种楼板称为非组合楼板。计算方法、配筋构造完全遵照GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》, 压型钢板叠合面不需设计齿槽。
压型钢板不仅作施工模板, 下部还充当混凝土的受力钢筋, 与混凝土共同工作, 这种楼板称为组合楼板。压型钢板表面必须设置抗剪齿槽, 用来抵抗叠合面之间的纵向剪力或垂直掀起力。本工程采用此类型组合楼板施工, 厚度140 mm。且受力钢筋布置方向应与跨度方向平行, 若垂直跨度方向放置, 则受力钢筋不抵抗弯矩。
本工程单向板与梁搭接, 弯矩分布类似连续梁 (见图6) , 下部钢筋和钢板主要抵抗跨中弯矩, 负筋主要抵抗支座处负弯矩, 构造筋焊于压型钢板, 抗剪齿槽、栓钉提高了组合板的整体性、抗震性 (见图7~8) 。
附注:1.组合楼板采用的压型钢板选用YX51-250-750 (厚0.8mm) ;2.混凝土强度等级为C30, 板上保护层厚度为15mm;3.本图未注明的分布筋为8@120;4.压型钢板的铺设方向为沿着区间短跨方向铺设。
5 结论
1) 为达到加层后结构的整体性, 抗震性, 以及加层钢结构、原混凝土结构的内力有效传递, 需对原混凝土框架柱脚节点进行处理, 保证刚性连接是关键;对原混凝土框架柱均采用外粘钢板加固法, 柱脚采用化学螺栓连接, 该措施使上部结构内力有效地传递给下部结构, 且使原节点三向受力得到加强, 抗震性能得到明显提高。
2) 考虑到设计施工中, 新规范对荷载要求的提高, 加层新增钢构荷载, 拆除部分对原结构的扰动等影响, 需进行整体验算, 提高抗震性能。为提高原结构强度、刚度, 必须对原结构采取加固措施, 常用外粘钢板法, 粘贴碳纤维布等加固方法, 部分施工情况应根据现场定。
3) 结合工程实践, 大部分压型钢板-混凝土组合楼板均为连续板构造, 使结构具有良好的抗震性能;组合楼板还充分利用上部混凝土承压, 下部钢板受拉, 结合了混凝土结构、钢结构优点, 钢材环保可回收, 经济效益好。压型钢板是未来建筑的发展方向。
摘要：厂房加固改造项目中, 结合工程实例, 介绍了柱脚节点加固处理方法, 混凝土裂缝压力注胶修补, 以及压型钢板-混凝土组合楼板在加固改造中的应用。
关键词：钢结构,加固,柱脚连接,压型钢板,组合楼板
参考文献
[1]谭燕, 谢伟平.闭口型压型钢板-混凝土组合板发展综述[J].山西建筑, 2007, 33 (6) :154-155.
[2]高剑平.国内外既有房屋加层改造发展概况[J].华东交通大学学报, 2006, 23 (2) :1-4, 11.
[3]洪海.压型钢板混凝土楼板与普通钢筋混凝土楼板之比较[J].黑龙江科技信息, 2010, 14 (15) :305.
[4]马树君.浅谈钢筋混凝土加固技术[J].山西建筑, 2007, 33 (16) :63-64.
[5]王佳伟.压型钢板—钢筋混凝土组合楼板施工技术[J].现代经济信息, 2009, 24 (18) :261.
[6]余琼, 李思明.柱加大截面法加固框架节点试验分析[J].工业建筑, 2005, 35 (4) :43-47.
[7]GB50367-2013混凝土结构加固设计规范[S].
[8]李克让, 罗严.轻钢框架结构加固改造的设计与实践[J].钢结构, 2008, 23 (1) :32-34.
[9]凌程建.工业厂房加固方法研究与应用[D].成都:四川大学, 2006.
[10]CECS77:96钢结构加固技术规范[S].
[11]Moe C M, Paulson C, Searer G R, et al.Structural strengthening of aloha stadium[C].Structrures Congress 2011, American Socirty of Civil Engineers, 2011:2532-2544.
组合节点 第3篇
关键词：钢桥,梁拱组合桥梁,局部分析
0 引言
大型桥梁, 在当下社会的实际应用过程中, 已经逐渐成为城市内的标志性建筑, 这些桥梁除了需要满足相应的功能特性以外, 在实际设计过程中更需要有美学上突出的造型设计, 在桥梁整体结构上实现造型多样化。随着我国科学技术的不断发展, 新材料、新技术不断应用于我国的各个行业, 为不同建筑的发展与应用实现了结构与功能上进行创新的可能, 更对我国建筑行业提出了更加严格的要求, 因此, 在我国建筑行业的发展过程中, 需要针对不同材料的功用特性对设计过程进行更加精确的计算与分析。
局部分析法指的是在整体结构中进行精细化的局部分析, 这种方法在实际应用中分为计算法与实验法, 在具体的操作过程中, 实验法往往会受到很多因素的影响, 致使分析结果不够精确或者无法进行分析, 因此, 在实际应用的过程中, 通常采用计算法进行局部分析, 这种算法采用大型的通用有限元程序, 这些程序拥有高度的信息化, 计算能力较强, 例如ANSYS, ABAQUS, ATE-NA等[1,2]。
本文采用大型有限元分析软件ANSYS, 针对某上承式梁拱组合桥梁, 对设计计算中的关键部位 (拱脚、主梁节段) 进行了局部精细化计算分析。
1 工程概况
在实际工程设计过程中, 主桥为上承式梁拱组合桥梁, 桥跨设计长度为50+160+50=260 m。桥梁的上部结构采用三跨连续结构体系与双幅分离的体系, 这一钢材结构为桥梁主梁与桥梁拱面组合整体承载。桥梁下部结构采用钻孔桩作为施工基础, 整个桩体为混凝土结构。
上部结构与下部结构之间采用竖向支座相连, 单幅桥约束主3号墩两个支座的纵桥向位移, 及每个墩的内侧支座的横桥向位移。为防止过渡墩支座出现脱空, 过渡墩支座采用拉压球型支座。同时, 为了改善结构的抗震性能, 主桥设置了减震措施, 采用了粘滞阻尼器。
全桥总体布置如图1所示。
2 桥梁结构局部分析建模
2.1 局部分析法
在进行桥梁结构的局部分析之前, 需要对桥梁整体结构进行计算与分析, 以此确保分析的准确性与有效范围, 为之后进行的边界条件确定提供准备。具体的局部分析实施步骤如下:
1) 需要建立全桥静力计算模型。2) 需要确定模型范围内的边界条件, 这些条件包括荷载加载位置, 约束位置及形式。利用圣维南原理, 确定边界条件的影响范围, 进而确定局部分析模型的建模范围。3) 需要在总体模型中提取边界杆件内力值, 提取的值点应为局部分析模型与桥梁总体模型相对应点 (荷载组合在设计时可以在总体模型中完成) 将提取的组合内力作为边界条件施加于局部模型中。4) 进行荷载校对时, 需要对局部模型进行准确的计算分析, 再取约束内力与总体模型相应位置处的杆件内力进行分析对比, 以确定模型边界及荷载取值的正确性。5) 计算局部模型在各种荷载工况下的受力情形, 分析结构设计的安全性与合理性。。
2.2 材料性能及参数
上部主体结构中, 板厚40 mm的钢板采用Q390D钢, 其他板厚的钢板均采用Q345D钢。容许应力是钢材的名义屈服点除以安全系数, 通常该安全系数取1.7, 在局部分析中, 考虑组合应力结果, 钢材容许应力尚应取1.1的提高系数, 材料参数如表1所示。
在考虑多种荷载共同作用时, 钢材容许还应考虑表2所示的容许应力提高系数。
2.3 计算荷载
全桥整体计算模型主要考虑恒载、活载、温度荷载、温度梯度荷载、风荷载以及支座变位等, 并提取边界杆件在最不利荷载工况下的内力值作为边界约束, 局部模型中主要考虑结构自重以及汽车荷载。汽车荷载按公路—Ⅰ级[4]和城―A级[5]车辆荷载计算, 取两者结果的包络值, 人群荷载按3.5 k N/m2计入。
3 结果分析
根据2.1节所述局部分析方法, 采用有限元软件ANSYS分别建立拱脚、主梁节段的局部分析计算模型, 如图2, 图3所示。田安大桥为全钢结构, 模型中主梁、拱肋、立柱以及横撑均按照实际截面尺寸大小, 采用空间壳单元模拟, 车辆荷载作用于钢桥面板上。
3.1 拱脚局部模型分析
拱脚局部模型计算结果表明, 整体mises应力最大值为283 MPa (见图4) , 位于拱脚底板处, 满足容许应力限值要求。竖杆应力最大值出现在竖杆与拱肋连接处, 局部有应力集中, 最大应力峰值为168 MPa;横梁整体应力值较小, 最大为72.6 MPa。
3.2 主梁节段局部模型分析
主梁节段局部模型计算结果表明, 整体mises应力最大值为279 MPa (见图5) , 位于主梁腹板处, 满足容许应力限值要求。主梁顶板在车辆荷载作用处有应力集中现象, 最大应力值为102 MPa;主梁底板及腹板应力值较大, 最大值分别为236 MPa, 279 MPa;竖杆在与顶底板的连接处应力值较大, 约为172 MPa, 均能满足规范要求。
4 结语
本文以田安大桥的局部结构分析为例, 总结性的阐述了桥梁局部分析法在桥梁设计工作中的应用情况, 通过对分析事例的了解与探究, 局部分析法作为一种行之有效的桥梁结构设计方法, 在进行一些具有特殊造型要求的结构设计过程中可以发挥出极为可靠的效果, 能够在很大程度上帮助设计者做出准确的判断, 对我国整体桥梁结构设计起到了重要作用。针对某上承式梁拱组合桥梁关键部位 (拱脚、主梁节段) , 进行了局部精细化计算分析, 分析结果表明, 拱脚局部模型、过渡墩压重区局部模型以及主梁节段模型受力验算满足规范要求, 可见本桥梁设计合理可靠, 满足相关工程技术的要求, 可为类似工程结构设计提供参考。
参考文献
[1]龚曙光, 谢桂兰.ANSYS操作命令与参数化编程[M].北京:机械工业出版社, 2004.
[2]庄茁.基于ABAQUS的有限元分析和应用[M].北京:清华大学出版社, 2009.
[3]JTJ 025—86, 公路桥涵钢结构及木结构设计规范[S].
[4]JTG D60—2004, 公路桥涵设计通用规范[S].
组合节点 第4篇
新型可移动式轻钢结构组合房屋是采用成型的装饰板和钢材搭建一种盒子结构建筑体系, 除了具备住人集装箱所有优点外, 还可灵活选择构件尺寸, 满足客户对建筑空间和使用功能的多样化需求;采用复合材料作为围护结构, 保温隔热性能好, 具有较好的环境适应性。在可移动钢结构房屋体系中, 节点连接是保证其结构安全的重要部位, 没有节点将钢结构的主要构件联系到一起, 那整个钢结构就犹如一盘散沙, 构不成一栋完美的钢结构建筑, 更谈不上发挥钢结构建筑的优越性。因此节点对结构受力有着重要影响。但以往的节点不能满足可移动钢结构单元房快速组装、方便拆卸、施工简易、安全结实等要求, 新型节点连接体系不仅要满足高强度、承载能力大等要求, 还要满足安装快捷、实施方便等要求, 进一步实现新型节点的定型化、标准化, 达到生产一体化的目的。
1 建立模型
分析采用的房屋骨架结构为两层轻钢框架结构 (如图1所示) , 盒子单元的横梁和立柱分别由热轧矩形和方形钢管制成, 上下立柱之间和立柱与横梁之间均由刚接连接;檩条由冷弯卷边C型钢制成, 通过螺栓与焊接在横梁上的角钢进行连接;走廊外挑梁由热轧矩形钢制成。
2 3D3S受力分析
通过3D3S建模, 首先根据结构构件的尺寸建立房屋的结构模型。由于建立模型时软件默认各构件之间的连接为刚接, 而结构各框架单元在水平荷载作用下会产生相对转动, 所以在模型整体建立完成之后对两个框架之间的连接杆件进行单元释放。建立的骨架结构模型和变形图 (如图2所示) 。
根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001, 走廊受到k N/m2的均布活荷载作用。走廊板材料为普通钢板, 板厚100mm, 自重7.85 k N/m2。走廊边缘的栏杆传来的荷载为0.7k N。走廊板的自重及其受到的活荷载以及栏杆自重向下传递到外伸钢梁, 因此可将走廊板自重及其受到的面荷载转化为作用在外伸钢梁上的线荷载, 并将栏杆传来的荷载转化为作用在外伸钢梁端部的集中荷载。由于房屋中部挑梁杆所受的力一般较大, 故节点受力验算时采用了此处的较大值来进行计算, 如图3所示。
进一步受力分析还可得到, 上述新型节点受到由活荷载和钢梁、走廊板自重引起的弯矩M (k N·m) 和剪力V (k N) 的组合作用。
3 节点设计
通过对节点的受力分析, 提出了一种新型连接节点, 如图4所示:
图4所示的新型节点是通过旋转两个柱端件一定角度, 让连接件上的扇形齿锁合于柱端件内部卡槽的斜板上。此新型节点可用于可移动钢结构房屋走廊、雨篷外挑梁与横梁的连接结构。两个连接件通过外伸部分, 分别与横梁与外挑钢梁固定连接。柱端件外部呈正六边形, 内部呈圆形, 正好满足外挑梁的连接要求。
根据对节点的受力分析可以得出, 节点是否能够满足承载力要求取决于节点与横梁连接的外伸构件截面尺寸能否满足要求。因此, 当连接处采用焊缝连接时, 对外伸构件截面尺寸的验算就转化为对焊缝长度的验算。根据《建筑结构荷载规范》GB50017-2003的规定, 应通过式 (1) 进行验算:
N—焊缝所受轴力;
M—焊缝所受弯矩;
V—焊缝所受剪力;
l—挑梁的计算长度;
βf—正面角焊缝的强度增大系数, 此处取βf=1.22;
lw—角焊缝的计算长度;
he—角焊缝的有效厚度, he=0.7hf, 根据构造要求取hf=3mm;
ffw—角焊缝的强度设计值。
通过计算, 挑梁在2k N/m2的均布面活荷载、走廊板自重荷载7.85k N/m2以及走廊边缘的栏杆荷载0.7 k N的作用下, 角焊缝的最小计算长度为128.4mm。根据实际构造要求, lw取为300mm, 满足焊缝强度要求, 节点连接安全可靠。
4 结论
通过对带新型连接节点的可移动式轻钢结构组合房屋在设计荷载作用下的3D3S建模分析, 可以得到如下结论:
(1) 在设计荷载作用下, 两层带新型挑梁节点的可移动式轻钢结构组合房屋的挑梁变形能够满足设计规范的要求, 连接安全可靠, 受力满足要求。
(2) 新型挑梁节点解决了可移动钢结构房屋走廊、雨篷外挑梁与横梁连接的问题, 对于作为框架柱间的水平连接问题仍需进一步分析研究。
(3) 新型挑梁节点的连接结构采用较少的零部件, 且结构简单, 操作使用方便, 连接可靠, 具有一定的经济效益。
摘要：基于3D3S钢结构分析软件, 针对两层带新型连接节点的可移动式轻钢结构组合房屋及其挑梁部位进行受力分析, 研究挑梁在2k N/m2均布面活荷载、7.85k N/m2走廊板自重以及走廊端部栏杆传来的0.7k N荷载作用下的受力性能。分析结果表明, 在设计荷载作用下, 两层带新型挑梁节点的可移动式轻钢结构组合房屋的挑梁变形能够满足设计规范的要求。由此提出一种新型节点连接方式, 带新型挑梁节点轻钢结构挑梁部位受力满足要求。
组合节点 第5篇
巨型结构是由大型构件 (巨型梁、巨型柱和巨型支撑) 组成的主结构与常规构件组成的次结构共同工作的一种结构体系。随着超高层建筑高度的不断提升, 抗侧力体系占据超高层结构设计中的主导地位。巨型结构体系因抗侧刚度大、整体工作性能好、传力路径明确等优点得到广泛的应用。
巨型结构中主结构的连接节点关系到结构安全的关键部位, 尤其在罕遇地震作用下, 主构件承受地震力并通过主节点传递, 主节点的受力安全不容忽视。主节点处交汇构件多、空间关系复杂、内力大、构造特殊, 缺乏相应的设计经验和方法, 节点域的应力分布难以准确计算, 常需通过有限元或试验验证其受力性能。笔者在此以某超高层结构的巨型角柱-跨层斜撑-转换桁架大型节点试验为例 (如图1) , 对这类节点试验的设计作些介绍。
1 工程概况
该超高层结构高597m, 117层, 处于7度地震区 (0.15g) , 地震作用为主要控制荷载。塔楼结构由钢筋混凝土核心筒、巨型支撑筒、巨型框架组成多道抗震设防体系。巨型柱为六边形多腔体钢管混凝土构件;斜撑和桁架为箱型钢构件;腹板和翼缘与巨型柱内部的横隔板或竖隔板相连。与传统巨型框架结构相比, 该结构的特点是桁架与斜撑在平面内错开, 结构传力更明确, 但节点处的构造与受力更为复杂, 需进行试验验证它在地震作用下的受力性能。
2 试件设计试与验加节工点
2.1 试件缩比设计
节点试验需根据原结构的尺度选择采用原型或缩尺模型。本节点高20m, 巨柱截面对角线长7.2m, 最大轴力达833MN。考虑钢板规格、混凝土骨料粒径的限制和钢结构加工的可行性, 结合试验设备的加载吨位、空间和成本, 将缩尺比例定为1:6。
原则上, 钢板厚度、钢筋和栓钉的直径和间距都应按照1:6缩尺, 但因钢板厚度、钢筋直径有一定的模数, 需按实际规格进行调整。通常钢板厚度缩比后取最接近的板厚, 需注意取近似值产生的面积差异;纵向钢筋按配筋率相等缩比, 可适当减少钢筋根数;箍筋按体积配箍率相等缩比;栓钉按单位面积抗剪面积相等缩比, 若缩尺后直径小于最小规格10mm, 通常以短圆钢筋代替。箍筋和栓钉间距可适当放大, 但防止钢管管壁局部失稳的拉筋间距决定着被约束钢板的宽厚比, 不宜在缩比基础上放宽。
2.2 构件长度
为避免加载端端部效应对节点域的影响, 通常要求杆长取3~4倍钢管直径。每侧桁架有三根杆件与巨柱相连, 若分别单独加载则空间有限。因只有与巨柱相连的杆件内力会直接影响节点域, 可将桁架整体加载 (图2) 。经验证, 整体加载时桁架杆件的内力比值与设计值接近, 符合桁架的受力规律。
2.3 试件制作注意事项
(1) 在工厂进行钢结构部分加工时, 因:试件构造复杂又经缩尺, 操作空间小;节点区焊缝密集, 焊接后会有较大残余变形;空间节点的角度较难定位, 建议试验人员在现场严格检查试件的几何尺寸、端板平整度与焊缝质量。
(2) 多腔体钢管混凝土构件在钢结构加工时需在每层腔体的顶部和角部钻一些直径为2cm的气孔, 以便混凝土浇筑密实。
(3) 巨柱内部腔体多, 缩尺后最狭窄的腔体宽仅3.3cm, 小于商品混凝土骨料的最大粒径, 需自配小粒径的高流动性混凝土, 防止钢管因混凝土浇筑不密实导致提前破坏。
3 加载制度
3.1 荷载水平
该超高层按照抗震性能化设计思想, 要求大震时巨型柱和转换桁架不屈服。相应本试验对节点进行大震水平下的滞回加载, 考察节点域的应力分布和发展。因为大震下节点基本处于弹性, 荷载-位移曲线近似直线, 在大震弹性滞回试验以外尚需补充一组弹塑性滞回试验考察其耗能能力。
3.2 荷载工况
设计方提供了恒载、活载以及X方向、45°和135°方向的大震工况, 其中45°和135°方向大震时节点分别为正对称和反对称受力, 且内力值较大, 因此选用这两种工况分别与恒活荷载组合后作为试验荷载, 试件数量为2个。
设计方提供的大震内力通常是按振型分解反应谱法计算的内力, 它是按照一定的组合原则对各阶震型的地震作用效应进行组合求得的绝对值, 这样求得的节点杆端力实际上不是一组平衡力系, 不能反应节点某一时刻的受力状态, 建议参照时程分析得到的节点内力, 按时程曲线峰值点确定各杆端内力的比例和方向。
4 加载装置与加载系统
4.1 反力架
试件形式确定后, 可根据试件的几何形状与尺寸选择反力架, 再根据杆端边界条件确定试件与反力架的连接方式。
本试验采用同济大学自行设计的自平衡巨型加载球 (图3) 加载, 其外径8m, 内径6m, 由上下两个半球组成, 两半球间通过插销连接。上下赤道圈、上下纬圈和8道经圈内侧密布了数百个螺栓孔, 可为千斤顶提供多方位的反力支承。上下半球共同工作时, 赤道可承受最大径向荷载3000t。
4.2 连接件设计
试件与反力架连接有两种方式, 一种是试件端板直接与反力架螺栓连接, 另一种是试件端板通过连接件与反力架螺栓连接。当试件杆端对应有反力梁时, 可采用第一种方案;当杆端没有反力梁时, 需设计适当的连接件, 架起试件与反力架之间的桥梁。当有多个外形相同的试件时, 连接件还可重复利用, 节省钢材。
为使加载球提供尽可能大的反力, 将柱轴线定位于赤道平面和某一经圈平面的交线上, 支撑轴线交点的中心位于球心。
四个支撑的延长线上没有对应反力梁, 且支撑端部串联有铰支座和千斤顶, 总长度超过加载球内径, 因此在加载球外设计两道外环梁通过锚杆与经圈拉结, 为支撑千斤顶提供支承。
桁架加载端离反力球的经圈和纬圈都较远, 而且外环梁的锚固件占去了相应经圈上的螺栓孔位, 因此设计一榀框架, 框架柱立于下赤道圈与下经圈上, 框架梁为桁架千斤顶提供反力支承 (图4) 。
连接件形式确定后, 需对连接件本身的强度、稳定性、变形以及各螺栓连接的强度进行逐一验算, 确保试验的安全。
摘要：巨型结构的节点构造和受力比一般钢管节点复杂, 在地震作用下的受力性能通常需要通过试验来验证。本文结合某超高层结构中的巨型角柱—跨层斜撑—转换桁架连接节点介绍该类复杂节点试验的设计方法。
关键词：巨型框架,组合节点,试验设计
参考文献
[1]沈祖炎, 陈荣毅.巨型结构的应用与发展.同济大学学报, 2001, 29 (3) :258-262.
组合节点 第6篇
关键词：组合柱,组合节点,正弯矩,试验研究
0 引言
钢—混凝土组合节点是组合框架结构中的连接与传力枢纽,它的构造简单、受力明确、易于施工,通过设置足够的剪力连接件使钢梁与混凝土板形成整体,达到共同工作的目的。组合板中的压型钢板在施工阶段可以起模板和施工平台作用,使用阶段可以像钢筋一样承受拉力的作用,梁与柱之间靠高强螺栓连接,因而增加了楼层的有效空间,省工省料,节约投资,施工速度也大大加快[1,2,3]。然而,目前国内对于端板连接组合节点的研究大都集中在纯钢柱组合节点上[4],Liew等[5]进行了6个带支撑组合框架中节点的单调对称荷载试验,考虑了纯钢柱、半包混凝土型钢柱和全包混凝土型钢柱的不同构造方式;法国学者da Silva对4个部分外伸端板连接组合边节点进行了试验研究,考虑了不同的柱形式和不同的加载方式对节点受力性能的影响[6]。本文进行了两个平齐式端板连接组合节点的正弯矩作用下受力性能的试验研究,同时分析了柱翼缘内填充混凝土的组合柱对组合节点正弯矩作用下节点受力性能的影响。
1 试验研究
1.1 试件概况
为了研究组合柱对端板连接组合节点性能的影响,根据欧洲规范4[7]中的计算方法设计了两个平齐式端板连接组合节点,一个为纯钢柱组合节点,一个为组合柱的组合节点,其余的试件参数均相同,均采用完全剪力连接。试验中采用的压型钢板为LYSAGHT公司生产的2 W系列0.9 mm厚的结构楼承板。试件J13为纯钢柱组合节点,J14为组合柱的组合节点,详细的几何参数见表1。
1.2 试验装置与加载方案
试验采用如图1所示试验装置,柱的两端与刚性支撑梁铰接,柱顶通过油压千斤顶施加轴向荷载,梁下端设置千斤顶施加正向荷载。所有的荷载通过与千斤顶相连的液压稳压器量测。所有的量测位移计和电阻应变片都连接到数据采集仪上,并通过电脑自动采集。柱的轴向力由柱顶的油压千斤顶施加,分两级施加,每级为200 k N,并且在整个试验过程中,柱轴压力值保持不变,以达到模拟实际框架结构工作状态下的轴压比。试验施加的是竖向单调正向荷载,加载点距离柱翼缘外侧1 200 mm。对于J13,加载初始荷载从10.67 k N开始,然后每级荷载增加10.67 k N。对于J14,加载初始荷载从6.16 k N开始,然后以4.10 k N和6.16 k N间隔为每级增加的荷载大小,加载直至试件破坏。
2 试验结果
2.1 组合截面应变分布
组合节点中,同一截面的混凝土板、纵向钢筋和钢梁组成为组合梁截面。混凝土板上、梁的上、下翼缘取最中间的一个应变片,再加上钢梁腹板上的应变片,构成了组合梁上的八个应变片,此八个应变片距离柱翼缘的距离相同,且距离柱翼缘很近,所以可以近似看作是节点处的组合截面。
图2,图3的纵坐标零点为钢梁的中心。由图2看出,在受正弯矩作用,试件J13一直加载至110.26 k N·m时,组合梁的中和轴都很规则地位于组合截面155 mm处,即混凝土板内;当加载至极限荷载时,中和轴上移至175 mm处。整个加载过程中,混凝土板为主要受压部件,螺栓为主要受拉部件,并且随着荷载值的增加,中和轴上移。由图3看出,试件J14同样受正弯矩作用,一直加载直至61.61 k N·m时,组合梁的中和轴都位于y=135 mm处,即混凝土板内;随着加载值的增大,中和轴先升高后降低,加载至极限荷载时,中和轴位置至y=155 mm处。与J13相比较,J14的中和轴略低,但都位于混凝土楼板内。中和轴都是随着荷载值的增大而上升,这是因为随着荷载值的增大,螺栓的预紧力已经基本耗尽,不能再约束住端板,端板与柱翼缘脱开,而且缝隙越来越大。
2.2 弯矩—转角曲线
位移计9和10布置在梁下翼缘下侧,与柱翼缘距离分别为250 mm和490 mm,用来监测加载过程中梁的相对位移。
由图4看出,在加载的初始阶段,节点的转角发展缓慢,弯矩与转角基本呈线性关系;当加载值达到86.26 k N·m时,所对应的转角值大约为8.4 mrad,以后转角明显增加速度变快,表明此时节点进入了屈服状态;当加载至极限荷载135.55 k N·m时,此时对应的转角值为65.2 mrad。
由图5看出,开始的加载阶段,弯矩与转角基本呈线性关系,节点转角的增加比较缓慢;当加载值增加至86.26 k N·m时,节点的转角值达到了8.6 mrad,以后的转角增加速度变快,表明此时节点进入了屈服状态;在极限荷载142.94 k N·m时,对应的转角为59.96 mrad。
综合图4,图5看出,位移计9和位移计10测出的曲线是基本一致的。表明两个节点的钢梁下翼缘在加载过程中基本没有发生弯曲。相对于J13而言,J14在加载初始阶段的斜率比较大,表明柱内填充混凝土的试件J14的整体性能有了很大的提高,初始刚度比纯钢柱J13增大。
2.3 相对滑移曲线
位移计7和位移计8是为测量压型钢板组合板与钢梁相对滑移而设置的,分别位于距离柱翼缘250 mm和490 mm处。
钢梁与压型钢板组合板在弯矩作用下,会产生相对滑移。图6为试件J13的弯矩—滑移曲线,图6中是由位移计7和位移计8所绘出的两条曲线。两条曲线的增长趋势是相同的;但是由位移计7绘出的曲线与由位移计8绘出的曲线相比,同一弯矩值下,位移计7测出的位移比位移计8测出的小。加载的整个过程中,钢梁与压型钢板之间的相对滑移量都很小,都控制在5 mm之内。图7为试件J14的弯矩—滑移曲线,也是由位移计7和位移计8绘出的两条曲线。由于此试件的荷载步较小,所以更能明确地看出,越靠近加载端的部位,其滑移量越大。
综合图6,图7可以看出,由于柱内填充混凝土后,初始刚度变大,其极限转动能力相对于相同条件的纯钢柱节点略有减小,所以组合柱节点的钢梁与压型钢板组合板滑移量相对于纯钢柱节点的滑移量较小。
3 结语
组合节点在正弯矩作用下,中和轴一般位于混凝土楼板和钢梁交界面附近,则混凝土楼板为主要受压部件,螺栓为主要受拉部件。对于纯钢柱组合节点,柱附近混凝土楼板受很大压力,混凝土压碎;对于组合柱组合节点,它的破坏模式主要为端板和柱翼缘的屈服,中和轴下受拉螺栓的屈服。
本文分析结果表明:
1)与纯钢柱组合节点相比,钢柱内嵌入混凝土的组合柱节点板域的整体性能有了显著的提高,所以其初始强度得到提高,而节点的延性却只是略有减小。
2)组合柱节点的正向受弯承载力与纯钢柱节点基本相同,这是由于中和轴下面的受拉螺栓是主要受拉部件,其抗拉强度才是节点正向受弯承载力的决定因素。
3)组合柱核心区混凝土使柱腹板的核心区得到加强,核心区混凝土虽然开裂现象比较严重,但是其开裂深度基本不超过表面下30 mm。
4)被嵌入混凝土有效限制,其抗剪能力大大加强。
参考文献
[1]赵鸿铁.钢—混凝土组合结构[M].北京:中国建筑出版社,2000.
[2]钟善桐.钢—混凝土组合结构在我国的研究与应用[J].钢结构2,000(4):4-11.
[3]陈忠汉,胡夏闽.组合结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社2,000.
[4]杨丽.半刚性组合节点在低周反复荷载作用下的性能[D].南京:南京工业大学,2004.
[5]J.Y.Rechard Liew,T.H.Teo,N.E.Shanmugam,et al.Testingof steel-concrete composite connections and appraisal of results[J].Journal of Constructional Steel Research,2000(56):117-150.
[6]L.Simbes da Silva,Rui D.Simbes,Paulo J.S.Cruz.Experi-ment behavior of end-plate beam-to-column composite joints un-der monotonic loading[J].Engineering Structures,2001(23):1383-1409.