钢结构节点范文

钢结构节点范文（精选12篇）

钢结构节点 第1篇

关键词：钢结构,高强度螺栓,连接计算

1 概论

用高强度钢制造的, 或者需要施以较大预紧力的螺栓, 皆可称为高强度螺栓。高强度螺栓孔应采用钻成孔, 孔径比螺栓公称直径大, 布置通常采用并列或错列形式, 行列之间以及螺栓与构件边缘的距离要求同普通螺栓一样, 高强度螺栓的螺栓杆、螺母和垫圈均采用高强度钢材制成品, 一般都需要经热处理, 进一步提高强度。高强度螺栓连接是现代钢结构的先进工艺, 当它与焊接结合使用时更是相得益彰。钢结构制造厂将钢材制成钢构件后, 在工地用高强度螺栓连接形成钢构筑物, 已得到广泛应用。大型电站锅炉、电厂主厂房、高层建筑、桥梁等钢结构都采用高强度螺栓连接结构。

2 高强度螺栓连接理论分析

高强度螺栓施加预拉力和靠摩擦力传递外力。普通螺栓连接靠栓杆抗剪和孔壁承压来传递剪力, 拧紧螺帽时产生预拉力很小, 其影响可以忽略不计, 而高强螺栓除了其材料强度很高之外, 还给螺栓施加很大预拉力, 使连接构件间产生挤压力, 从而使垂直于螺杆方向有很大摩擦力, 而且预拉力、抗滑移系数和钢材种类都直接影响高强螺栓的承载力。

高强螺栓连接是通过螺栓杆内很大的拧紧预拉力把连接板的板件夹紧, 足以产生很大的摩擦力, 从而提高连接的整体性和刚度, 当受剪力时, 按照设计和受力要求的不同, 可分为高强螺栓摩擦型连接和高强螺栓承压型连接两种, 两者的本质区别是极限状态不同, 虽然是同一种螺栓, 但是在计算方法、要求、适用范围等方面都有很大的不同。在抗剪设计时, 高强螺栓摩擦型连接是以外剪力达到板件接触面间由螺栓拧紧力所提供的可能最大摩擦力作为极限状态, 也即是保证连接在整个使用期间内外剪力不超过最大摩擦力。板件不会发生相对滑移变形, 被连接板件按弹性整体受力。在抗剪设计时, 高强螺栓承压型连接中允许外剪力超过最大摩擦力, 这时被连接板件之间发生相对滑移变形, 直到螺栓杆与孔壁接触, 此后连接就靠螺栓杆身剪切和孔壁承压以及板件接触面间的摩擦力共同传力, 最后以杆身剪切或孔壁承压破坏作为连接受剪的极限状态。总之, 摩擦型高强螺栓和承压型高强螺栓实际上是同一种螺栓, 只不过是设计是否考虑滑移。摩擦型高强螺栓绝对不能滑动, 螺栓不承受剪力, 一旦滑移, 设计就认为达到破坏状态, 在技术上比较成熟;承压型高强螺栓可以滑动, 螺栓也承受剪力, 最终破坏相当于普通螺栓破坏。

在选用高强度螺栓连接时要充分利用其特长, 并应考虑工程造价的承受能力。对于摩擦型和承压型高强度螺栓连接的选型则要考虑荷载的类型、结构受力特点以及连接部位等因素。摩擦型高强度螺栓的连接由于始终保持板件接触面间摩擦力不被克服和不发生相对滑移, 因而其整体性和刚度好、变形小、传力可靠、耐疲劳。主要用于直接承受动力荷载结构的安装连接和构件的现场拼接以及高空安装连接。目前国内己在桥梁和一些工业与民用建筑结构中已得到广泛的应用。承压型高强度螺栓连接由于承受剪力时利用了摩擦力克服后继续增长的连接承载力, 因而其设计承载力高于摩擦型, 节省螺栓用量, 但与摩擦型高强度螺栓连接相比其整体性和刚度稍差, 动力性能差, 主要用于承受静力或间接动力荷载结构中, 允许发生一定滑移变形的连接。目前主要采用摩擦型连接, 它有较高的承载可靠性和连接整体性, 承受动荷载和抗疲劳性能较好, 但受T形钢和高强度螺栓性能影响较大有时达不到刚性连接要求, 固此对连接接触面、摩擦面处理就显得非常重要。

3 摩擦型高强度螺栓计算分析

在承受拉力、弯矩和剪力共同作用的情况下, 由于螺栓连接层间的压紧力和接触面的抗滑移系数, 随外拉力的增加而减少。已知摩擦型连接高强度承受剪力和拉力联合作用时, 螺栓的承载力设计值应满足:

将代入 (1) 可得:

式中N为同时作用剪力和拉力时, 单个螺栓所能承受的最大剪力设计值。

在弯矩和拉力共同作用下, 高强螺栓群中的拉力为:

剪力验算则应满足下式:

在 (4) 中, 只考虑螺栓拉力对抗剪承载力的不利影响, 未考虑受压区板层间压力增加的有利作用, 按该式的计算结果是偏安全的。

4 实例计算分析

如图1所示高强度螺栓连接, 被连接构件钢材为Q235-8, 螺栓为10.9级, 直径为20mm, 接触面采用喷砂处理, 内力设计值分别为剪力750KN, 弯矩106KN.m, 拉力384KN。验算该连接的承载力。

按照钢结构设计规范第7.2.2.1可查得预应力P=155kN, 抗滑移系数为0.45。

受力最大的螺栓拉力为:

按在比例关系可求的其余各螺栓拉力分别为55.6kN, 42.9kN, 30.3kN, 17.7kN, 5.1kN, 则

满足承载力要求。

参考文献

[1]陈绍蕃等.钢结构[M].北京:建筑工业出版, 2000.

[2]杨尉彪, 高小旺, 易方民等.高层建筑钢结构梁桩节点试验研究[J].建筑结构, 2001, (8) :10-14.

[3]钢结构高强度螺栓连接的设计施工及验收规程, 北京:中国建筑工业出版社, 2002.

框架结构节点简化一般规则有哪些？ 第2篇

框架节点一般是三向受力，但当按平面框架进行结构分析时，则节点也相应地简化，框架节点的简化应根据实际施工方案和构造措施确定。

（1）在现浇钢筋混凝土结构中，简化为刚接节点。

梁和柱内的纵向受力钢筋都将穿过节点或锚入节点区。

（2）装配式框架结构节点简化成铰接节点或半铰接节点，

在梁底和柱的某些部位预埋钢板，安装就位后再焊接，由于钢板在其自身平面外的刚度很小，同时焊接质量随机性很大，难以保证结构受力后梁柱间没有相对转动。

（3）在装配整体式框架结构中，可认为是刚接节点。

梁（柱）中的钢筋在节点处为焊接或搭接，于现场浇筑节点部分的混凝土，节点左右梁端可有效地传递弯矩，这种节点的刚性不如现浇式框架好，节点处梁瑞的实际负弯矩要小于按刚性节点假定所得到的计算值。

（4）框架支座可分为固定支座和铰支座。

钢结构梁柱节点抗震性能研究 第3篇

随着国家建设发展速度的快速发展，钢结构体系在建筑工程中的应用越来越广泛。钢结构建筑平面布置灵活、抗震性能好、计算理论相对成熟。钢结构建筑是由钢梁、钢柱构件通过节点连接构成，连接节点是保证梁与柱协同工作、形成结构整体的关键部件，它的性能直接影响结构体系的刚度、稳定性和承载能力。在震害中，钢结构建筑部分破坏表现为：梁柱节点部位发生了断裂、脆性断裂，梁柱节点焊缝连接发生破坏等。因此钢结构梁柱连接节点抗震性能存在着不足。

常见梁-柱节点抗震设计及构造措施

通过提高梁柱联接节点处焊缝材料强度、韧性、施工质量和焊接工艺、改进焊接工艺孔的形状和尺寸，设计耗能元件的连接节点，加强或削弱梁柱连接节点，改善梁柱节点抗震性能。其中削弱梁柱节点较为常用。

目前高层钢框架梁柱节点连接的主要采用刚性连接。常见有三种刚性连接：①全部焊连接；②全部栓连接；③栓焊连接。其中螺栓与焊接连接最为常用。典型的栓焊刚性梁柱连接形式见图1-图4。国内外试验研究结果表明，全栓连接施工方便却方面费用太高；而栓焊连接表现出良好的抗震性能造价又低的优点。因此大多数梁柱连接采用栓焊混合连接。

圖1图2

图3图4

梁-柱刚性连接抗震受力特点

栓焊混合连接方式（梁翼缘与柱子翼缘全熔透焊接、梁腹板与柱翼缘螺栓连接），栓焊混合连接施工方便，经济性好，刚度和强度稳定。工字形或H型钢梁与柱子连接时，若采用焊接，受施焊条件，焊缝缺陷以及焊接的残余应力等因素的影响，则其连接的抗弯承载力会降低。在实际震害中，有很多在节点区域出现了脆性破坏或者钢梁出现了塑形变形，表现为梁下翼缘与柱子之间的全熔透焊缝出现裂纹，全融透焊缝与母材之间形成贯通裂缝，梁焊接在一起的柱翼缘被撕裂，裂缝贯穿柱子翼缘，裂纹贯穿整个板域。改进型节点具体措施及受力特征如下：

（1）狗骨型节点

在梁上翼缘焊缝的附近，沿梁的轴向对其上下翼缘板分别进行了对称的圆弧状切割，梁上被削弱的翼缘区在这种节点上起到“ 保险丝”作用，迫使大震作用下的塑性铰离开性能相对差的翼缘焊缝而出现在塑性较好的梁上，在往复载荷载实验作用下，狗骨型节点的应力应变滞回曲线呈稳定而丰满的纺锤形，表现出良好的延性。狗骨型节点会使强度削弱4%-7%。如《多高层民用建筑钢结构节点构造详图》（01SG519）标准图集中推荐采用扩翼狗骨型（工地焊缝）、扩翼狗骨型（工厂焊缝）和盖板加强狗骨型的三种箱柱-H钢梁节点，标准节点实现了塑性铰外移的目的，抗震性能较好。

（2）梁腹板开槽型节点

此节点保护了梁翼缘焊缝，梁柱塑性铰的位置位于距剪切连接板端部约一半梁高的位置，减小了节点焊缝处的应力集中，改善了节点焊缝的受力状况，节点破坏表现为梁翼缘板的局部屈曲破坏。

（3）梁腹板打孔型节点

梁腹板开孔构造可以使得开孔截面局部转动变形增大，破坏一般会使梁腹板发生局部屈曲，降低了脆性破坏的可能性。

（4）边板节点

节点处的边板全部采用工厂焊接，避免了梁端工地焊缝。

存在问题及不足

1.截面削弱降低了梁的承载力与刚度，影响整体钢结构的承载力。

2.不经济、材料浪费，钢结构构件加工精度要求较高。

3.部分节点没有达到预期的延性，需花费大量的维修费用。

4.钢框架栓焊混合刚性连接的受力性能、破坏机理的研究不足。

5.梁端加强型节点加强了梁端，同时必须加大柱子截面尺寸，造成造价的增加。

6.标准图集《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图（含2004年局部修改版》（01SG519）中推荐了几种抗震性能节点型式，但节点抗震性能需要试验及理论检验其抗震可靠性。

结语

在多层和高层钢结构抗震设计中，梁柱刚性连接节点设计是一个非常重要的组成部分，因其设计得是否恰当将直接影响到结构承载力的安全性和可靠性。震害后钢结构节点更换维修更需深入的分析和总结，提出改进钢结构节点的抗震性能建议和措施。

钢结构节点模型的制作以及推广 第4篇

目前, 钢结构建筑在我国仅仅只应用在高层, 超高层建筑、大跨度结构以及厂房等。远落后于那些发达国家。但是, 随着我国经济以及相关政策的扶持, 我国的钢结构正在猛力向前进步, 我国进一步发展建筑钢结构已经具备了较充分的工程材料、设计、制造和施工优势等条件。例如, 1997 年我国的钢产量达10700 万吨, 已居世界首位, 2001 年的钢产量达15700 万吨。安徽马钢引进的200 ~ 700mm热轧H型钢、T型钢、L型钢等大截面型材的生产线已于1998 年9 月正式批量投产。鞍山一轧和莱芜钢厂用以生产较小规格热轧H型钢的生产线已投产并进入市场, 结束了我国不能自行生产热轧H型钢的历史。此外, 上海、南京、武汉、广州等地生产的50mm以上的厚钢板、冷弯薄壁型钢、彩色涂层钢板, 年产量大80 万吨左右。这些都为我国发展高层钢结构、轻型钢结构提供了必要的物质条件。在设计、制造、施工等方面也具备了成套和成熟的技术。发展钢结构, 我们已基本具备了必要的物质基础、技术基础和经济基础。国内钢结构设计的计算机软件不断涌现, 它们各具特色, 可分别适应我国普钢结构、高层钢结构、轻钢结构、网架结构、薄壁拱形结构的设计需要。这些软件的出现和不断完善, 将对我国钢结构行业的发展起到重要作用。钢结构结构体系是一个技术要求较高, 比较复杂的的系统工程, 需要不同岗位的专业人才一起合作。为了增加国内钢结构专业人才的数量, 我们应该加强大学时期对土木工程类专业学生的教育, 钢结构基础知识系统化, 不断补充新的知识、新技术、新方法, 提高自身素质, 但是, 由于钢结构课本中的平面图过于抽象, 且知识且为复杂, 需要较强的空间想象能力, 所以我们团队对几类常见的钢结构节点进行画图分析, 并且制作出实际的模型。

其中一个模型原图以及作品如下:

连接节点是钢结构的一个重要部位, 但节点构造复杂, 零部件多。而大学生学习钢结构的时候只能看着书本和教师课堂教学PPT上的简图来学习, 没有见过实际的结构, 这样不利于将课堂知识融入到实际中, 而我们制作的钢结构节点模型可以让学生很好地将书本知识与实际相结合, 有利于学生学习, 并且能锻炼我们的实际操作动手能力, 弥补工程实际的不足。能帮助我们大学生尽早参与科学研究、技术开发和社会实践等创新活动。有利于进一步推动教育教学改革, 促进人才培养和教学方式的创新, 不断激发大学生学习的主动性, 积极性和创新性, 提高大学生的创新精神和实践能力。本研究制作的柱梁钢结构模型用于教学用途, 有利于实施项目化教学, 推动教学改革, 提高应用型高技能人才的创新精神和实践能力。

该作品可用于教学示范, 在我们学习钢结构课程时, 许多同学只能看到书本上和PPT上的平面图, 思维得不到充分拓展, 而我们的模型可以让学生将理论与实际相结合, 对书本知识有进一步深入的了解, 并且为以后进入工地实际操作打下基础, 弥补实际经验的不足。作品可以推广到土木工程与工程管理专业的大学生中, 有助于他们对钢结构的认识和学习, 实施项目化教学, 推动教学改革, 提高应用型高技能人才的创新精神和实践活动。

总之, 21 世纪将是钢结构的世纪。土木工程最初是土和木, 而后是砖和混凝土, 现在发展到钢筋混凝土结构、钢结构, 这是科学发展的必然趋势, 也是土木工程本身的进步。钢结构以期自身的优越性, 在工程中比例越来越大, 应用也将越来越广泛。随着我国经济的发展建设, 钢结构建筑将会拥有很大的市场和发展机遇。我们作为当代土木工程专业的大学, 必然要顺应发展的潮流, 认真学习钢结构体系知识, 成为一个专业的钢结构人才, 为国家的经济发展贡献自己的力量。

摘要：介绍我国国内的钢结构体系发展现状, 并将国外钢结构建筑发展状况与国内发展现状进行比较, 钢结构建筑体系具有很多优点, 并能应用于许多高层建筑、大跨度建筑中, 发展前景广泛, 所以我们必须加强钢结构人才的培养, 对于当代土木专业的大学生, 我们队伍通过制作实际模型提高应用型高技能人才的创新精神和实践活动, 并且将模型推广到课堂中, 使学生的空间思维得到充分发展。

关键词：钢结构建筑体系,发展现状,钢结构模型,钢结构推广

参考文献

[1]陈绍蕃, 郭成喜.钢结构 (下册) :房屋建筑钢结构设计 (第三版) .[M]北京:中国建筑工业出版社, 2014

[2]戴国欣.钢结构.[M]武汉:武汉理工大学出版社, 2007

[3]许成祥, 关萍等.工程结构.[M]北京:科学出版社, 2012

钢结构节点 第5篇

【摘 要】在框架结构中，节点作为联系整个结构体系的枢纽，既是承受梁、柱、板等各种荷载的受力点，也是模板、钢筋、混凝土工程等多种交汇施工的重要部位，在实际施工中存着各种隐患。所以在施工中应该提高对抗震节点重要性的认识，严格管理，采取合理的施工措施，确保施工质量能达到设计及规范的要求，不留隐患。现对框架结构梁柱节点施工的具体方法进行讨论、总结，为同行业者提供一个参考。

【关键词】框架结构；梁柱节点；施工；模板

钢筋混凝土框架结构梁柱节点也称节点核芯区，是主体结构的重要组成部分。框架结构的震害大多发生在柱和梁柱节点核芯区，节点破坏主要是剪切破坏和钢筋锚固破坏，严重时会引起整个框架的倒毁。我国新、老规范均强调了“强节点”的设计要求，对节点的箍筋和砼强度做了比较严格的规定。但是，在工程实践中却往往对节点的施工重视不够，节点施工质量控制不严。下面谈谈节点施工的一些问题，探讨如何保证节点区的施工质量。1 节点区的钢筋绑扎

梁柱节点的钢筋主要应注意两点： 1.1箍筋的间距。1.2纵筋的锚固。

设计上一般是按照规范要求取节点区箍筋与箍筋加密区相同，包括箍筋的规格、直径和间距等；纵筋锚固也要求满足规范规定，包括伸入支座的直段及弯钩长度。实际施工中常常出现的问题是：节点区箍筋缺少绑扎、数量不足、间距不分，或者几个箍筋全堆在一起，或者空空的一长段没有箍筋；而纵筋则可能会因弯钩被烧短烧断导致锚固长度不够。究其原因，一方面是部分施工管理、监理人员素质较低，对节点区的重要性缺乏认识，质量意识比较淡薄；另一方面则是施工所采取的工艺流程限制，使得要做到节点区钢筋（尤其是箍筋）完全符合设计及规范要求十分困难，甚至是根本不可能。工程实践中最常见的框架梁柱施工做法有两种：一种是将每层柱包括柱身、加密区和节点区的箍筋一次全部按要求绑扎好，然后装柱模板、在梁底下5～10cm处留施工缝浇灌柱砼，柱侧模拆除后接着装柱头节点模板和梁底模（或者包括梁一边侧模），然后绑扎框架梁钢筋。这种做法节点箍筋影响了柱砼的浇灌作业，砼工往往不得不解开扎丝，从侧面敲打已绑好的节点箍筋以打开一个大口子让砼比较顺利地流入柱内。这样一来，节点区的箍筋就被打乱了，要恢复原状很不容易，而且要多费工时。在浇灌柱砼时部分钢筋还会被水泥浆污染，影响与砼的粘结。此外，节点区箍筋绑扎好后再穿梁底筋将会很麻烦，尤其是穿带弯钩（如在边支座）的底筋十分困难。这时是钢筋工不得不敲打已绑好的节点箍筋，甚至会擅自烧断弯钩造成纵筋的锚固不够。

另一种是用所谓“沉梁法”绑扎框架梁钢筋，即在绑扎柱箍时留下节点区箍筋不绑，等木工将节点模板、梁模板和楼板底模都安装好后，再在楼面上绑扎梁钢筋，绑完后拆除临时支架将梁钢筋骨架落到梁模内。这种做法很容易漏掉节点区的柱箍筋，就是放了也往往是无法绑扎、数量不足、间距不分又难以调整。实践中，也有些项目提出采取改进的办法在箍筋四个角设导筋，将节点区箍筋按要求间距绑在导筋上固定成短钢筋笼，然后再随梁骨架沉入模板内；或者采用两个“U”形开口箍套叠，再焊成封闭箍。实际上，只要是先把模板都安装好了再沉梁，无论是使用导筋还是“U”形开口箍，都难以很好地解决问题，尤其是高层建筑当柱比较大采用的是比较复杂的复合箍筋时，就根本不可能做到满足设计及规范要求。

实践中常见的情况是：在验收梁、板钢筋时，有关方面才发现和提出节点区箍筋问题要求施工班组整改。但是，此时往往模板都已安装完毕，如果不拆除节点区模板，根本是不可能整改到符合规范要求的。遗憾的是：实际上不少工程最后都是在“尽可能整改”中马虎过去。

实践证明：只有细分工艺流程，合理安排工作顺序，木工和钢筋工紧密配合，才可能保证节点区钢筋符合设计及规范要求。做法是将柱的箍筋分段绑扎：首先先将柱箍绑至梁底下；其次在穿好框架梁底筋后绑扎节点区箍筋；最后在绑完框架梁钢筋后再在梁面上加一道节点（定位）箍筋。

具体的施工流程：绑扎框架梁以下柱箍安装柱模浇灌柱砼（顶层边柱要注意留够梁筋的锚固位置）拆除柱模安装框架梁底模安放框架梁底筋绑扎节点箍筋绑扎框架梁钢筋梁面处加节点（定位）箍筋一道安装节点区模板安装框架梁侧模及楼板底模。这样的安排可能要增加绑扎框架梁钢筋使用的操作架，这时可以用工具式脚手架来解决。如果楼板底模是用钢管做顶撑，也可以先搭顶撑架，利用它来做绑扎梁钢筋的操作架。2 节点区的模板安装

梁柱节点支模一般都比较麻烦，工效底。施工实践中最常见的是采用现场临时散装的做法，容易出现尺寸偏差过大、拼缝不严密、表面平整度及接驳垂直度较差等通病，要拆除再重装往往十分麻烦，不便于进行节点内的杂物清理和节点箍筋的调整处理。结合节点箍筋的绑扎顺序，在装梁底模、穿梁底筋再绑扎节点箍筋后才安装节点模板，可以采取框架梁宽度范围以外（框架梁端头梁底以下的节点模板作为梁底模的支承在装梁底模时已一起安装）的节点模板采用工具式定制模板的改进做法。其具体要点如下：

2.1在弄清每个节点处的梁柱、楼板的几何尺寸及相互位置关系后，对节点进行分类编号。

2.2根据各个编号节点的相关几何数据确定节点模板的制作方案。矩形节点框架梁宽度范围以外的模板一般由四个侧面的各一至两片矩形板组成，模板下部与柱的搭接长度取40cm便于固定。结合节点模板的组合方式确定每片模板的具体尺寸并编号后，绘制出各节点的模板制作图。

2.3安排熟练木工根据各节点的模板制作图预制节点工具式模板，并做好相应的标识。模板可用18mm厚夹板制作，用40mm×50mm（柱截面大于1000mm时可用50mm×100mm）木枋做背楞，背楞间距不超过300mm。装模专用的夹具也预先加工好，矩形柱采用钢管夹具，圆形柱采用扁铁圆箍夹具，紧固对拉螺栓采用Ф12圆钢。

2.4随施工进度，现场安装节点模板。先用铁钉将相应的模板在柱身初步固定，检查安装标高及垂直度，调整合适后安装夹具并初步收紧螺栓，再复查无误后用力收紧螺栓完成安装。另外，视情况可将节点模板与梁板模连结加固。

采用工具式定制节点模板体系，节点模板一般可以周转使用10次左右，可节省人工和材料；提前制作，又可节省现场作业时间，加快进度。3 节点区的砼浇灌 框架梁柱节点作为梁的支座本身属于柱的一部分，所以节点砼强度等级应与柱相同。在工程实践中，多层框架设计上一般都取梁板砼与柱砼强度等级相同；若原设计图纸上标明的柱与梁板砼强度仅相差5MPa，一般也会在图纸会审时将梁板砼强度等级改为与柱相同。这种情况的节点区砼施工只需与梁板一起浇筑并注意振捣密实即可。

而在高层框架结构的抗震设计中，为了满足框架柱的轴压比要求又避免柱子截面尺寸过大，往往需要取框架柱的砼强度等级比梁板砼高出2个或2个以上的5MPa。这种情况，施工时就要采取特别措施保证节点砼的质量。比较成熟有效的做法是：在梁柱节点附近离开柱边≥500mm，且≥1/2梁高处，沿45°斜面从梁顶面到梁底面用5mm网眼的密目铁丝网分隔（做为高低等级砼的分界），先浇高标号砼后浇低标号砼，即先浇节点区砼后浇节点区以外的梁板砼。应注意的是： 3.1节点区砼与梁板砼应连续浇筑，不得将高低强度等级砼交界处留成施工缝或出现冷缝。

3.2应确定合理的砼配合比，严格控制施工配料，并在现场测控砼坍落度，加强对砼的养护，以防梁端高低等级砼交界附近出现砼收缩裂缝。节点区高强度等级的砼宜采用坍落度比较小的非泵送砼配合比，使用塔吊运输，可减少水泥用量和用水量，降低砂率，从而减小砼的收缩量。节点和梁的砼浇筑宜采用二次振捣法，以增强砼的密实性，减少收缩。

高层建筑的框架结构节点处，经常会出现柱混凝土强度等级比同一层梁板高的情况，通常的施工方法是先浇节点处混凝土强度等级高的核心部分，然后于初凝前再浇梁板混凝土。只要采取的针对性措施到位，并精心施工，梁柱节点高低强度等级混凝土交界处附近的裂缝完全可以得到避免。

参考文献：

［1］李泉 保证框架结构梁柱节点施工质量的措施 建筑技术1994年第12期 ［2］刘进涛 高层建筑框架结构梁柱节点施工技术 城市建设理论研究 2011年第28期

桥梁结构中节点区域的施工处理 第6篇

关键词:桥梁;梁柱节点;施工

中图分类号:U4 文献标志码:A文章编号:16717953(2009)04005702

Bridge Structure to Deal With the Construction of the Regional Node

JI Qingfeng

(Cangzhou Road and Bridge Engineering Company Cangzhou Hebei 061000,China)

Abstract: Node is very important, is the bridge between the framework of the site is rather special,it is brittle shear very prominent position. In the actual construction will encounter many problems,problems typical stick condensate column strength is greater than the difference between one level,the node area of concrete construction;column nodes of the crack and so on. Inthis paper,the actual situation in the construction site to study the construction of a bridge framework to deal with beam-column joints should pay attention to.

Key words: bridge;beam-column joints ;construction

1 施工中的常见问题

1.1 钢筋施工常见问题

1.1.1 加密箍筋不设或设置不到位

按照常规施工程序,梁柱节点要与本层的梁板一起浇筑,节点箍筋与本层梁板钢筋一同安装。因为该处纵横梁和柱的纵筋交汇,另外加密箍筋又常常是井字复合筋,所以钢筋非常难定位和绑扎,现实中操作人员只是保证了梁筋的位置,加密箍筋往往被丢掉或间距不能保证,也有的箍筋绑扎松扣、缺扣、贴不到主筋、弯钩角度不够等^[1]。这其中有些是工人怕麻烦,也有些是安装确实困难。

1.1.2 梁主筋的锚固

由于桥梁结构荷载较大,梁内配筋较多,这样纵筋锚固下弯长度会超过节点范围高度较多。按照常规施工方法,先浇筑柱混凝土到梁底标高下2~cm,然后再绑扎梁钢筋,此时出现了锚固下弯筋不能就位的现象;为方便施工,时常有截短锚固长度的情况发生,或施工人员直接下料取短达不到LaE。这样,检查人员稍有疏忽就会留下质量隐患。另外,对于梁筋直径不大的钢筋锚固,锚固长度总长要求小,在节点内折弯后的垂直段长度不能达到规范要求的15d(此时已满足LaE),这样在地震力的作用下垂直段会剔破保护层使节点提早破坏。

1.1.3 纵向受力钢筋排距不匀

在实际施工中,节点内梁的上下纵向钢筋排距却达不到规范要求的净距, 规范要求,梁上部纵向钢筋的净距不应小于0mm和1•5d(d为钢筋最大直径),而实际做法可能会造成边节点锚固下弯竖向钢筋甚至有“把子筋”现象,这样会造成浇筑后这种钢筋不能被混凝土充分包裹,影响其握裹粘结力,降低结构的整体抗震性能。

1.2 混凝土施工中常见问题

节点区混凝土的浇筑在实际施工中也是一个常见问题。桥梁混凝土结构的柱混凝土设计强度高于梁板设计强度的情况十分常见,且随着建筑物高度增大,两者的设计强度差距越来越大^[2]。而这种办法对以受弯为主的梁板而言,过高的混凝土强度等级是不需要和不适宜的,一方而对梁板的抗弯承载力的贡献不明显,另一方而对构件承受混凝土收缩应力、温度应力等也不利。

一般设计要求:当梁柱混凝土的强度等级相差5 MPa时,梁柱节点区的棍凝土可按低等级施工;当梁柱混凝土强度相差10 MPa及以上时,梁柱节点区的混凝土按高等级施工。目前混凝土浇筑施工几乎都采用商品混凝土泵送工艺,而且习惯于将竖向构件与水平构件分两批集中浇筑,梁柱节点被作为水平构件但又作为柱的组成部分,有“强节点”的要求,要用柱高强度混凝土浇筑,这就产生了同一浇筑层梁板与节点混凝土强度等级不一致的问题。如果按照规定要求梁柱节点处不采用梁板混凝土,而要单独浇筑,则可能会产生一系列问题。首先是节点混凝土的供应量和浇筑时间不易控制,会导致质量事故。在较大面积的楼板浇筑中一次供应的高强度等级混凝土量不易准确把握,如果把全部节点的混凝土一次进场浇筑,由于施工中不能很准确地做到节点混凝土终凝以前浇灌梁板混凝土,势必造成柱节点与梁、板交接处形成冷缝或施工缝,降低了梁板的整体性。另外,先浇筑的节点混凝土不能及时进行振捣。

2 常见问题的处理

2.1 钢筋施工常见问题的处理

具体的处理工作可以将节点分成若干组,提前认真核对通过每个节点的钢筋量,画出节点的钢筋安装顺序图,按照提前考虑好的顺序将纵横梁的底筋、节点箍筋、梁腰筋、梁上部各层筋在节点处就位(此时要注意位于梁的2层负弯矩筋间的节点箍筋也要就位),不要绑扎,局部可临时固定,然后按照准确位置绑扎纵横梁筋,并调整就位节点部位的箍筋并绑扎^[3]。

为了做好钢筋锚固,应提前认真核对进入节点的梁钢筋按照规范要求计算钢筋需要弯折的量,考虑满足钢筋净距的要求,按照弯钩逐渐后退的方法,画出梁筋在节点的排列安装图(例如某工程的排列安装图见图1),对不同长度的钢筋进行编号,最后按照排列图中的钢筋下料长度,对同层钢进行不同长度的下料,根据编号将钢筋对号安装到指定位置。

为避免弯钩较多、节点内钢筋太密,对梁底钢筋锚固可在钢筋端部绑条单面焊接3个直径10d长的钢筋头,以扩大端部,增加锚固力。上部第2层钢筋采用弯钩的形式。最上面钢筋伸到节点外边处并全部焊接到1块12～16mm厚钢板上。此方法尽管未经过验证,但却是参照国外成熟方法EG固定板法设计,即可避免弯钩处的“把子筋”,又能保证钢筋间距,方便节点钢筋安装,不足是钢筋就位后需进行焊接作业。

节点区加插短筋所花费的费用要比节点区采用柱混凝土强度等级单独浇注高一些,但节点区混凝土单独浇注既存在许多困难,掌握不好还会导致混凝土质量事故,因此采取在节点区加插短筋的做法来保证节点区的承载力无疑是一种简易且科学的方法。节点区加插短筋所增加的用钢量对于一个节点来说是微不足道的,如果摊销到整个工程则更是微乎其微。以8×8m柱网、柱截面bh=800×800,主筋配筋率为ρ=1%为例,则中柱、边柱、角柱单位面积所需的用钢量以及摊销到整个工程的用钢量(摊销用钢量中,以中柱占2/6,边柱占3/6,角柱占1/6计)。节点区加插筋所增加的用钢量占整个工程用钢量的比例小至几乎可忽略不计,因此以消耗工地上一些准备弃用的边材废料而换取节点区浇注混凝土的方便,无论从哪个角度衡量都是值得的。

2.2 混凝土施工中常见问题的处理

对桥梁混凝土结构的竖向构件和水平构件的混凝土强度等级,要进行合理取值,前人对节点混凝土浇筑问题的研究表明:当梁柱混凝土强度相差2级以下时,均可直接用梁板混凝土浇筑;当大于2级而小于5级时,采取一定的措施也是可以采用梁板混凝土一起浇筑的。

施工要根据浇筑进度确定不同强度混凝土的进场顺序和方量,在每车混凝土出场时要向现场专门负责的人员讲明车号、混凝土强度等级、发车时间等内容,梁板混凝土采用泵送,节点混凝土由塔吊用料斗调运;现场负责人要指挥混凝土车的供混凝土次序、时间,强度不同的混凝土运到作业层时要及时通知,作业层由专人负责指挥浇筑,要确保节点混凝土先行浇筑。

在现场施工方面,为做好梁柱两个不同等级混凝土在同一浇筑而的接搓,在组织流水段浇筑时,要根据浇筑而的宽度和浇筑速度,分别算出梁板混凝土和梁柱节点区混凝土的体积,妥善安排两种等级混凝土的用车量并计算各自的浇筑时间,以确保两种棍凝土接搓在2h内完成。另外,还要确保低等级棍凝土不能流入高等级棍凝土中。一般可分2个班组进行施工,一个班组随输送泵浇筑梁板,一个班组用塔吊浇筑柱(梁柱节点区),要在梁板棍凝土接近柱边前,先浇筑柱(梁柱节点区)棍凝土。为避免梁板混凝土因流动太快而造成低等级混凝土流入梁柱节点区,可在柱外侧30、二位置处采取用快易收口网进行隔离(图2)。

最后还要做好梁柱节点处的防裂措施,施工时一般可通过增加构造钢筋来提高梁柱节点处的抗裂性。例如在梁边与柱边平齐时梁侧施工中框架柱与梁相交时,柱的纵筋必须包梁的纵筋,即梁的纵筋要在柱纵筋的内侧)特别是当梁边与柱边平齐时,为保证柱的纵筋位置,梁的上下层外侧纵筋到柱位时要沿水平方向稍加弯折,放在柱筋内侧。

3 结束语

梁柱节点处的施工是桥梁框架施工中的一个重点,在实际施工中会遇到许多问题,典型的问题有梁柱棍凝土强度相差大于一个等级时,节点区混凝土的施工;梁柱节点处的防裂等等。本文结合施工现场实际情况,研究桥梁框架梁柱节点施工处理中应注意的问题。

参考文献

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[2] 罗 诚,郦世平.钢筋混凝土框架结构梁柱混凝土强度等级差值问题探讨[J].工程建设与设计,2003,(12).

钢结构节点问题的一点探讨 第7篇

关键词：钢结构,节点,节点设计

前言

钢结构是世界高层建筑群中最早采用的一种结构类型,而且也是今后高层建筑中具有广泛发展前景的结构类型。随着以及城市人口的日益密集,高速电梯的完善,城市竖向交通效率的大大提高,世界许多大城市的建筑正向高空发展。钢结构具有重量轻、强度高、延性大、抗震性能好、施工速度快、构件截面小、结构净空和跨度大、综合经济指标好等优点,其更适合于地震区和软土地基上的高层建筑,钢结构将成为超高层建筑中无可争议的主要结构类型。

钢结构连接节点设计是钢结构整个设计工作中的重要环节。连接节点的设计是否安全,对保证钢结构的整体性和可靠度、对制造安装的质量和进度以及整个建设周期和成本都有着直接的影响,尤其是近年来多层及高层钢结构飞速发展及日益普及,更需要加强和完善梁与柱连接节点的设计。许多设计人员根据相关规范的要求,按设计原则中的规定,对结构和构件的强度、稳定、位移等做了相应的验算,但对在结构中担负着连接各结构构件、各构件中传递内力节点的设计却缺乏足够的重视,有的甚至交由钢结构厂家自行完成。节点设计的好坏直接影响到钢结构工程的质量,倘若构件还没坏而节点已经失效,就达不到结构抗震设计的要求。为此,钢结构梁柱节点设计问题值得关注与探讨。

1 钢结构节点的类型及存在的问题

1.1 钢结构节点的类型

根据节点处荷载传递的情况、所采用的连接方法以及细部构造,连接节点的类别可分为刚性连接、半刚性连接和铰接连接。

1刚性连接节点,从保证构件原有的力学特性来说,在连接节点处应保证其原有的完全连续性。这种构造能使所连接的构件之间夹角在达到承载能力之前不发生变化,其连接强度应不低于被连接构件的屈服强度。

2半刚性连接节点,能保证其承载力等于或大于构件的承载力,但由于所采用的连接方法和细部构造设计的关系,致使连接节点的弹性刚度比构件的弹性刚度低,这样的节点形式作为设计要求一般不采用。

3铰接连接节点,从理论上讲是完全不能承受弯矩的连接节点,因而一般不能用于构件的拼接连接。铰接连接节点通常只用于构件端部的连接,比如柱脚、梁、析架和网架杆件的端部连接等。但在实际应用中,它的特性并非完全铰接,例如,它对弯矩并不是完全不能承受,只是抗弯刚度远低于构件的抗弯刚度。

1.2 钢结构节点理论分析时存在的问题

在钢结构框架的传统分析和设计中,为简化分析设计过程,被认为理想的梁柱连接是铰接连接和完全刚性连接。在理想的铰接假定中,梁与柱之间没有弯矩传递,仅传递剪力,梁和柱之间的转动是相互独立的;在理想的刚性连接假定相邻的梁柱之间不会产生相对转动,当框架变形时,梁柱之间的夹角是保持不变的。这种理想化的假设大大地简化了钢框架的分析和设计过程,但基于该假定结构设计可能是不安全或偏于保守的,这是因为在实际工程中,所谓的刚性连接具有一定的柔度,而所谓的理想铰接也具有一定的刚度。

实际的有关梁柱节点的试验结果已经充分地证明上一段的结论,梁柱连接节点既非完全刚接,也非完全铰接。若用节点的连接弯矩M和梁柱的相对转角θ,即M-θ曲线来描述梁柱连接节点的刚性的大小,由实验可得Mθ曲线如图1所示。由于dm/dθ曲线表示节点的刚度,对于理想的刚性节点,M-θ曲线为竖轴;对于理想的铰接节点,M-θ曲线为水平轴。这只是两种理想状态,但实际节点的M-θ曲线都是位于二者之间,属于半刚性连接节点。节点由于连接方式的不同,节点梁柱之间传递弯矩的能力也不同,为了能够正确地对结构进行分析,有必要对各种不同连接方式的框架结构节点进行分析,研究节点梁柱之间力的传递规律,对荷载-位移曲线进行研究。

在实际分析和设计过程中,半刚性节点需考虑实际节点的柔性,即梁柱之间传递弯矩的能力。由已有的实验得知半刚性节点的M-θ曲线是非线性的,即使材料还处于弹性阶段,曲线也表现为非线性性质。典型的半刚性节点M-θ曲线如图1所示。在加载初期,反应可视为线性的。节点的刚度越大,曲线的线性部分越长。继续加载,将使节点的反应沿着M-θ曲线进入非线性部分。在实际荷载下,大多数半刚性节点将进入非线性部分。因此,结构的反应也将是非线性的,在非线性的范围内,通常的弹性设计方法不能得到精确的结果。同时,梁柱等构件的选择也应考虑非线性的结构反应。在通常的弹性设计方法中,框架中的梁柱按照各自的相对刚度来分配最终荷载,且在加载的过程中,构件是按照相同的系数来分担荷载。在具有半刚性节点的框架中,也是按照各构件的相对刚度来分担荷载,但当连接某些构件的节点进入非线性范围时,这些构件的刚度就要降低。故在整个加载过程中,具有半刚性节点的构件所分担的荷载是按照节点的刚度变化而变化的,它改变了梁柱之间的弯矩分布。

2 梁与柱节点的设计

钢框架中梁与柱的连接起着在两种构件之间传递弯矩和剪力的作用,是钢框架的主要组成部分,它的性能直接关系到结构的整体反应。梁柱连接的设计应满足足够的强度和适当的刚度,满足“强节点、弱构件”原则。钢框架结构的梁柱连接多按刚性连接设计,主梁与柱的连接具有足够刚度,目前抗侧力框架和梁柱的抗弯连接均采用刚性方案。梁柱刚性连接的主要构造形式有3种:全焊节点、高强螺栓连接节点、栓焊混合节点。

2.1 全焊节点

全焊节点连接:梁的上下翼缘用全熔透坡口对接焊缝,腹板用角焊缝与柱翼缘连接。翼缘对应处应加水平加劲肋,箱形柱内应设加劲肋隔板。加劲肋应按与梁翼缘等强设计,其连接焊缝亦应满足等强传力的要求。梁柱刚性连接中,梁端内力向柱传递时,梁端弯矩主要由梁翼缘承担,梁端剪力则主要由梁腹板承担(图2)。全焊节点连接是目前多数多高层钢结构工程中梁柱节点采用较多的一种连接方式,具有施工方便、节省钢材、整体刚度大等优点。

在避免增加结构的刚度和接头部位的应力集中情况下,根据“强节点弱杆件”的原则适当加强节点,在不发生失稳情况下,可适当削弱梁,在梁上出现“塑性铰”。尽量减少结构和焊接接头部位的应力集中,腹板上的工艺孔应平滑过渡,避免应力集中。在不减小腹板连接强度的条件下,适当加大工艺孔,便于施焊,提高焊缝质量。

2.2 高强螺栓连接节点

高强螺栓连接节点:梁腹板与柱连接用高强螺栓现场连接(图3),以传递轴力、弯矩与剪力。钢结构高强度螺栓连接是近年来迅速发展和应用的螺栓连接新形式该种连接形式施工要求十分严格,但是对于结构承受动载十分有利,可简化制造和安装,特别是在高层和超高层钢结构以及承受动载的结构设计中,所有连接节点均采用了高强度螺栓连接方式。

高强度螺栓受剪力时按照设计和受力要求的不同可分为摩擦型和承压型两种。摩擦型高强度螺栓连接在受剪设计时以外剪力达到板件接触面间由螺栓预压力使板件压紧所提供的最大摩擦力为极限。在设计摩擦型高强螺栓时,应保证连接点在整个使用期间外剪力不超过最大摩擦力,即能由摩擦力完全承受,使板件间不会发生相对滑移变形,螺栓杆和孔壁间始终保持原有空隙,连接件按弹性整体受力考虑。承压型高强度螺栓连接在抗剪设计时只保证在正常使用荷载作用下,剪力一般不会超过最大摩擦力,其受力性能和摩擦型相同。若剪力超过最大摩擦力时,连接板件间将发生相对滑移变形直到螺栓杆与孔壁一侧接触,之后连接就靠螺栓杆身剪切和孔壁承压以及板件接触面间摩擦力共同传力。

因国内使用承压型高强度螺栓连接较摩擦型高强度螺栓连接少,故设计参考资料较少,多数教科书对摩擦型高强度螺栓连接介绍较详细,而对承压型高强度螺栓连接介绍较简单,我们在设计中以我国现行结构设计规范(以下简称规范)为主,参考了英美规范。承压型高强度螺栓连接的计算:其抗剪连接沿杆轴方向的受拉连接同时承受剪力和杆轴方向拉力的承压型高强度螺栓连接计算需按规范进行。原规范中规定的在抗剪连接中以及同时承受剪力和杆轴方向拉力的连接中,作了承压型高强度螺栓的受剪承载力设计值不得大于按摩擦型连接1.3的规定,主要是当时对承压型高强度螺栓的研究还不够深入,尤其是缺乏使用经验,应慎重计算。我们采用承压型高强度螺栓的承载力不超过按摩擦型计算的1.3倍,以确保结构安全可靠。此外按规范规定结构的平均荷载分项系数约为1.3,满足此项要求的承压型高强度螺栓在荷载标准值情况下不致产生滑移,则对保证结构的变形是有利的,但不能充分发挥承压型高强度螺栓的效能,而采用承压型高强度螺栓的前提是结构中允许发生一定滑移变形的连接,这相当于对承载力进行了控制。

2.3 栓焊混合连接节点

栓焊混合连接节点:梁翼缘与柱翼缘完全采用坡口焊接(图4),而梁腹板采用普通或高强螺栓与柱翼缘连接的形式,这种连接形式是业内的专家和学者们认可的一种形式。

纯螺栓或栓焊连接只是考虑现场施工方便,通过对日本、美国近来的地震破坏资料研究表明,定位螺栓联合焊接的方式将是高层、超高层钢结构工程的首选。这种连接的优势在于不但可以保证节点属于刚性连接,同时结构可以承受动力荷载,经过反复加载后节点承载能力基本没有降低。但有关试验表明,这种形式的连接在经过多次非常剧烈的反复加载后会突然断裂,表明与柱子腹板的这种连接具有的延性较全焊接连接节点具有的延性稍差,但栓焊混合节点也能满足工程抗震所要求的延性。另外连接处梁、柱的强度由于打孔的原因均被削弱,施工过程复杂。

2.4 狗骨式节点

狗骨式节点是近几年专家学者开始研究的一种新形式节点。这种节点的设计思想是梁的削弱部分截面能够改变塑性铰出现的位置,迫使在极限荷载作用下塑性铰偏离脆弱的节点连接处,通过削弱梁来保护梁柱节点。采用这种节点经过对梁进行合理的截面削弱,使得较长的一段梁几乎同步进入了塑性,真正做到了增加梁柱节点的延性,充分发挥了钢材的塑性。当然,要保证设计对梁的削弱所造成的结构刚度和强度在正常结构设计荷载作用下完全能满足要求。

骨形连接的具体构造:以距柱面150 mm处作为梁上下翼缘两侧弧形切削的起点,切削面应刨光,切削后的翼缘净截面面积不宜大于原截面面积的90%,但应能承受按弹性设计时多遇地震下的组合内力。

3 节点破坏原因的探讨及防止破坏的措施

3.1 钢结构节点脆性破坏的形态与原因

在美国Northridge地震中梁柱节点最多的断裂主要发生在焊透的对接焊缝连接的梁柱节点上,多为脆性断裂,破坏形式有下列几种:1下翼缘焊缝与柱子翼缘完全脱节或下翼缘焊缝裂缝一直扩展到柱腹板或梁腹板,这是梁柱节点的主要震害形式;2裂缝从下翼缘垫板与柱的连接处向柱翼缘中部扩展,甚至使翼缘劈裂;3裂缝穿过柱翼缘向腹板扩展;4裂缝从焊趾处向梁腹板扩展。

这些破坏形式是由于焊缝质量缺陷使焊接节点发生断裂破坏造成的。在破坏的节点断面上可以观察到熔渣及不完全熔化等现象,这些缺陷是节点脆性破坏的直接原因。而不恰当的焊接工艺容易在材料中产生大的焊接残余应力,使热影响区在收缩时产生裂纹,从而造成焊缝的不连续性,这也被认为是梁下翼缘首先出现裂缝的主要原因。

3.2 塑性铰范围小引起的整个节点的脆性破坏

钢结构抗震设计的基本原则是“强柱弱梁,强节点强锚固”,但是在强调节点强度的同时忽略了节点的延性。在地震作用下梁柱节点处的梁首先屈服,形成延性很好的塑性铰。这段塑性铰区也包括靠近节点处的一小段梁翼缘。尽管钢材具有很好的延性性能,但因为节点处延性较差,因此会在塑性铰形成前焊缝处的应力就达到了焊缝的破坏应力或是端部翼缘达到梁钢材的极限强度,造成节点的脆性破坏。因此在设计时,要保证节点塑性区的长度范围,以使钢材的延性充分发挥。

3.3 梁翼缘的应力不均匀分布引起的脆性破坏

钢结构连接主要有内隔板式、外隔板式和内外隔板式3种,普遍使用第3种连接。在大量的地震中,内外隔板式梁柱节点的脆性破坏都是从焊缝端部的焊趾开始。同时,试验表明梁体的翼缘在靠近节点焊缝处的应力分布极其不均匀,在距离柱边一个翼缘宽度以外,应力分布逐渐均匀。根据试验绘制的翼缘应力分布图,靠近焊缝处梁体中轴线处的应力小,边缘的应力大;距离节点焊缝距离越远应力分布越均匀。普通节点在梁端竖向荷载作用下的应力分布图也可以看出梁的翼缘上的应力分布,即边缘应力大,中间应力小。梁翼缘处出现这种应力分布情况,主要是由于梁腹板对翼缘的嵌固作用导致梁边缘部位的应力小于中轴线的应力。

在地震作用下,由于这种应力分布的不均匀性,梁将首先从边缘进入塑性状态。同时由于钢材的应变硬化效应,在中轴线处梁翼缘达到屈服应力并刚刚形成塑性铰或还没有形成塑性铰之前,边缘处的应力可能已经达到了钢材的极限强度或焊缝的破坏应力,产生裂纹。另外在梁腹板与柱连接处没有竖向加劲肋,由于柱翼缘平面外的弯曲变形使得梁腹板承受的弯矩减小,引起梁翼缘应力增加。因此在塑性变形很小的情况下,节点就发生了破坏。

3.4 防止节点脆性破坏的一般措施

对于焊接节点,施工时应按照国家规范的规定,对焊接材料、焊接方法、焊后热处理进行评定;焊接时保证焊缝质量,消除气孔、熔渣和未熔合缺陷,一旦有缺陷要及时清除后再焊,避免引起接头强度和延性的下降;根据受力情况要对焊缝进行必要的强度验算。

在地震时因为支座锚栓小而被拉断,螺栓抗剪强度不足被剪断、杆端拉断等造成节点破坏也是震害的主要现象。螺栓连接的施工质量直接影响着整个结构的安全。对于螺栓连接处,一定要按照国家规范在施工前进行检验和复检,合格后才能进行安装施工。

采用狗骨式节点。狗骨式节点是近年来研究最多的一种节点形式,目前已在工程中得到广泛应用。其设计理念是以不显著降低框架的梁强度为前提,对梁翼缘进行适当削弱,在强震的作用下迫使塑性铰在偏离节点根部的位置形成,从而起到保护节点的目的。但是由于这种节点在施工中对梁翼缘施焊时要用到焊接垫板,加之翼缘焊根处常出现未焊透的现象,因而在垫板与柱之间会出现“人工裂纹”。这条裂纹往往是强震作用下节点开裂的起点。所以在施工时要充分注意焊接质量。

采用托座式节点。托座式节点是一种改进方案,用两个托座分别将梁的上下翼缘和柱翼缘连接起来,而托座与梁翼缘则可通过焊接、铆接或螺栓连接起来。这种节点的塑性铰出现在梁上,比普通的焊接节点表现出更好的延性,但工程造价相对较高。

采用铸钢节点。铸钢节点是根据钢管直接汇交而成的形状制模而后经浇铸成型的节点,整体性和强度均得到增强。铸钢节点与相连钢管需要现场组对、焊接,每一个铸钢节点的安装精度都直接影响到与之相连的钢管的安装和与另一头相连的铸钢节点,因此安装过程中的累计误差控制至关重要。

小结

建筑钢结构节点主要分类及设计要点 第8篇

刚性节点是指结构受力变形过程中梁柱夹角不变, 半刚性节点是指结构受力变形过程中梁柱之间产生不同程度的相对转动。

1.1 梁的拼接

梁的拼接一般分有螺栓连接和焊接, 螺栓连接虽其刚度较比焊接较小, 但是螺栓连接的制作却非常简便, 能保证质量, 常现场进行拼接, 焊接刚度相对较大, 适用于工厂拼接。梁的连接在工地常采用螺栓连接, 主要包括适用于荷载较小的梁的连接和适用于荷载较大的梁的连接。

1.2 边柱与梁的连接

边柱与梁的连接通常情况下为刚性连接, 它的连接方式一般较多采用端板连接, 是利用构件端部焊接端板与另一构件的端板连接的节点形式。在建筑学内, 端板连接一般按板的放置方式的不同可划分为端板竖放、端板斜以及放端板平放。

1.3 中柱与粱的连接

1.3.1 工字型型钢柱或焊接组合柱

(1) 柱中节点。一般情况下, 柱中节点的刚性连接包括:采用焊缝连接的方式焊接柱和梁端;采用焊缝连接的形式焊接柱和梁翼缘;螺栓连接柱和梁腹板;选择T形连接件螺栓连接的形式连接柱和梁端。 (2) 全焊接形式。焊缝连接较比其他连接方式, 其的优点主要为连接处强度较高, 能保证节点刚度, 但由于焊接精度要求较高, 不但一定程度上加重焊接的工作量, 而且通常其所要求的质量往往事与愿违, 无法保证到。螺栓连接的制作较之便利, 对精度的要求也较比焊缝连接要低的多, 刚度要求亦低。因而, 柱和梁端连接全部采用焊缝连接时, 为了保证焊接质量, 应在工厂内完成全部的连接。 (3) 螺栓连接。采用螺栓连接柱与梁时, 通常用的是T形铸件, 选择螺栓或预焊接的方式进行。螺栓连接的T形铸件是焊在梁翼缘上, 而且铸造时要预留T形铸件的孔洞, 这样便会减轻施工现场的工作量。柱顶连接柱顶的连接形式在建筑学中普遍分为正交和斜交。在正交过程中, 工字型钢柱的连接可通过全焊接和栓焊的连接形式进行。

1.3.2 箱型焊接组合柱

一般情况下, 箱形焊接组合柱和钢梁的连接形式包含:梁端与柱的连接全部选择焊缝连接;梁翼缘与柱的连接选择焊缝连接, 梁腹板通过摩擦型高强度螺栓与钢板相连, 钢板的另一端应焊在柱翼缘上。

1.3.3 钢骨混凝土柱与钢梁连接

在建筑施工工程中, 钢骨混凝土柱与钢梁的连接, 一方面应该是为了便于混凝土的浇灌, 另一方面确保了混凝土的密实度。

1.4 柱与柱的连接

在施工中, 柱子和柱子之间的连接可据柱截面得变化程度划分为变截面柱拼接和等截面柱拼接。一般柱和柱之间等截面焊接拼接, 实际上是和梁的拼接是相一致的。

2 柔性节点

2.1 主梁与次梁的连接

在我国建筑施工过程中, 处理主梁与次梁的连接采用比较多的方式是选择简支连接, 但是如建筑要求较高亦可选择刚性连接。这种连接方式虽较为复杂但其对次梁不需进行翼缘处理, 因而这种连接方式也比较受建筑师们的青睐。

2.2 斜梁的拼接节点

跨度较大的斜梁设计, 为了便于施工运输常把斜梁分段设计, 再在施工现场进行现场拼接。

2.3 桁架节点

板节点主要采用板节点连接, 其节点连接处理简单网架结构节点。网架属空间桁架形式, 是施工较为常见的空间结构, 其受力性能较好, 多应用于民用建筑中。

普通螺栓球节点是先将其置有高强螺栓的锥头的两端, 再伸出锥头上套有两侧开有长槽的无纹螺母, 并以销钉将螺栓与套筒连接为一体。

新型空心螺栓球节点的主要零件包括厚壳体、高强螺拴、内外垫片等。综合考虑了螺栓球和焊接空心球的优点, 首先, 采用螺栓连接, 螺栓是从球壁壳内拧向钢管杆件, 节省了销钉及套筒等材料, 克服了普通螺栓球的套筒因销钉产生的截面削弱而引起的剪力集中, 导致其破坏。其次, 该节点形体是由柱壳与球壳组成, 盖板安装在柱壳端上, 盖板对柱壳的约束作用显著地影响了节点的承载力。

(1) 焊接钢管节点。焊接钢管节点是连接件采用空心圆柱体, 杆件直接焊在圆柱表面上而形成的节点。构造确定钢筒筒高与直径, 壁的厚度要根据节点受力情况确定。其优点主要是连接比较简洁、安装比较快速, 原材料节省了大量的钢材, 且钢管直径也因汇交杆件的增多而需要重新进行调整。其不足除要求大量的现场施焊和较高的施焊技术, 又由于钢筒是柱面, 不仅使杆问端部钢筒汇交处变为曲面, 杆件切割复杂, 且钢筒不具有球体的无方向性, 钢件连接时不易准确定位和中心对中, 易产生偏心受力, 另外钢筒内部还需作防腐处理。 (2) 直接相贯节点。直接相贯节点通常需要通过各种连接件来汇交各杆件。由于各种连接件的设计及制作等加重了施工的工作量以及钢结构的使用量, 同时各种连接件的汇交往往会使杆件在节点处不连续, 从而对节点刚度以及视觉效果带来影响, 由此建筑师们便想到了通过直接相贯节点来克服这一问题。直接相贯节点的实施过程中不需要使用任何连接件, 这不但节省钢材, 而且降低了网架造价。 (3) 焊接钢板节点。由于此节点是采用钢板连接, 其构造相比其他种类较简单、制作的加工量较少, 但其刚度较大, 而且用钢量亦少, 相对而言造价亦低。在实际的建筑施工中, 现场焊接往往量较大, 因此控制焊接的变形和节点偏心较为重要。

3 柱脚节点

柱脚在钢结构设计时要加强重视。实际工程中, 因柱脚不稳定造成工程事故的案例不胜枚举。对于民用建筑, 刚架所受的侧向力较小, 常采用铰接形式。平板式铰接因其受力合理、连接方便而成为铰接的常用形式。带有加劲肋的柱脚, 都可用于荷载很大的情况, 钢管混凝土柱脚钢管混凝土柱脚连接分为插入式和端承式。

摘要：目前, 钢结构广泛应用于工业与民用建筑, 尤其是包括汽车库、展览厅以及体育场等在内的大跨度建筑, 本文对建筑钢结构节点进行了详细分析, 主要包括刚性节点与半刚性节点、柔性节点、柱脚节点等三个方面, 希望能为建筑设计以及施工技术人员提供参考依据。

关键词：建筑,钢结构,节点,分析,设计

参考文献

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[4]高福聚, 刘锡良.浅议空间结构仿生工程学研究中的特征标度问题[J].空间结构, 2001 (01) .

钢结构节点 第9篇

多层框架钢结构建筑多采用工厂化预制加工、现场组对安装的方式。由于运输限制, 对超长超高构件只能采取分段预制、现场对接的施工工艺。本文论述了钢结构节点连接的施工工艺, 确保工程质量应掌握的安装顺序、焊接工艺措施和要求。为提高工程质量, 加快施工进度, 降低成本和现场施工的安全风险提供了保障。

1 特点

1.1 设计原则主要特点

(1) 强节点、弱构件:在结构设计过程中, 钢结构的框架、支撑等主要受力杆件, 确保节点的承载能力高于构件的承载能力, 是保障钢结构建筑整体安全的必要条件。但节点又不可过强, 以保障梁-柱节点区域的板件在地震等异常状态下能产生一定量的剪切变形, 以提高整体框架的延性。

(2) 强焊缝、弱钢材:焊接过程是钢材的二次冶炼, 其化学成分、晶间结构都在发生变化, 构件焊缝部位的延性一般均低于被连接板件的钢材延性。“强焊缝、弱钢材”的目的是确保焊缝的承载力高于被连接板件的承载力, 在结构承受荷载的过程中构件的屈服截面有效避开焊缝而位于钢板之中, 从而提高整体结构的安全性。

1.2 施工特点

结合设计原则及框架节点的连接形式, 对多层高空柱对接的施工, 应从框架的垂直方向、水平方向及节点间的安装焊接顺序进行分析, 掌握节点的高强螺栓连接施工工艺和焊接施工工艺。

2 工艺原理

本施工技术的工艺核心就是钢结构框架节点的连接施工工序和安装、焊接工艺。因高层钢框架结构的柱对接多为刚性连接, 标高控制及焊接变形控制是保证安装质量的关键。编制施工方案时, 针对结构垂直度、水平度及节点连接可靠性要求, 在减少焊接应力、控制焊接变形、提高焊接速度、保障连接精度等方面进行合理安排, 是保证整个框架结构安全可靠、满足使用功能的关键。同时为保证各层及整体结构高度, 采取在工厂制作时把箱型柱整体制作焊接完成后, 再按各楼层高度分段。现场进行箱型柱的吊装、整体组对, 再柱-柱对接焊接、梁-梁对接焊接的措施, 减少重型钢构件的现场安装误差和安全风险因素, 提高吊装施工效率, 达到厂房各类重型构件吊装紧密交叉, 从而获得保证质量、缩短工期、降低成本的预期效果。

3 工艺流程及操作要点

3.1 工艺流程

钢结构框架总的节点安装顺序应遵从以下基本原则:

(1) 及时形成稳定的框架结构。

(2) 在有柱对接的柱系统安装中, 垂直方向的安装顺序———先固定柱对接口上层的梁, 然后固定下层梁, 再焊接钢柱, 最后固定柱对接口处的梁。

(3) 在上层梁及柱接头调整固定完成进行下层梁固定的同时安装上节柱。

(4) 梁-柱对接接头的施工顺序为先栓后焊, 即先拧紧腹板高强螺栓, 再焊接下翼缘板, 最后焊接上翼缘板的工序。

(5) 同一标高层节点的施工顺序为:根据整体结构特性及设计要求吊装基准间, 形成单元体后开始四周扩散, 未设基准间的从角部向中间延伸。

梁-柱对接、梁-梁对接焊接具体安装工艺流程如下:做好施工前准备→清理柱对接坡口、组装垫板及引弧板→先进行高强螺栓施工、梁-柱对接及梁-梁对接焊接→再进行柱对接焊接及焊后处理、探伤检验等工作。

3.2 操作要点

3.2.1 施工准备

(1) 节点标高及垂直度复验。钢结构安装精度要求较高, 施工中主要控制“构件的垂直度误差和水平度、标高误差”。对每根钢柱、钢梁都要进行吊装后的测量校正及焊接后的测量→这样形成把轴线向上翻引逐层传递轴线的循环过程。测量前首先确定标准柱, 同时每三层从钢柱底部向上与焊后钢柱测定的中心线进行校核, 再用激光铅直仪互为校核进行修正、消除累积误差。

(2) 高强螺栓摩擦面清理、复检。摩擦面的处理一般结合钢构件表面处理方法一并进行处理, 钢结构高强螺栓连接施工前, 必须复验钢结构摩擦面的抗滑移系数是否满足设计要求。

3.2.2 柱对接剖口处理、组装垫板及导向耳板

(1) 立柱出厂前应打上钢印做标志, 并做好防锈保护。现场安装过程中, 空间对接的立柱均为横焊, 为了保证立柱对接的焊接质量, 通常采用的立柱坡口方案为:下节立柱断面不坡口, 上节立柱断面接口处坡口不小于30°, 且不大于45°。该坡口在加工厂制作过程中完成。

(2) 立柱吊装前应在立柱的对接四个面焊接导向耳板及吊耳。

3.2.3 高强螺栓施工

(1) 高强螺栓初拧, 其初拧扭矩值一般控制在终拧扭矩值的50%~80%。

(2) 高强螺栓终拧, 在完成一个框架单元格中所有梁的连接, 向其左右或前后各扩展一个框架单元格, 形成一个大的框架单元格之后, 进行一次总体的校正复验, 确认符合设计及规范要求后, 对其所在螺栓进行终拧。彻底完成该单元格的校正和高强螺栓的终拧后, 从中间节间开始进行焊接工作。

3.2.4 节点焊接及检验

(1) 节点焊接工艺流程:高层框架钢结构的焊接顺序总原则是:结构对称、节点对称。

(2) 柱与梁焊接和柱与柱焊接的施工顺序及工艺:柱-柱焊接前按先焊上层梁、后焊下层梁、再焊柱对接的顺序, 以保证框架结构的稳固同时便于施工;同一根梁的两端不得同时施焊, 须焊接完成一端待其冷却后再焊接另一端;柱与梁的对接应先焊梁的下翼缘, 后焊梁的上翼缘;对接接头焊接前均应设长度大于3倍板厚且不小于50mm的引弧板、息弧板。

(3) 柱对接焊接、探伤检验。

①在完成先焊上层梁、后焊下层梁的柱-梁焊接施工顺序后方可进行柱对接焊接工作。

②引弧方式有两种:按照立柱对接坡口的形式加工等尺寸的引弧板, 引弧板的长度为板厚的3~5倍且不小于100mm, 在箱型柱的四个角均需焊接引弧板。采用CO2气体保护焊进行连续施焊。在焊接部位直接引弧, 焊接的起弧点为距柱角约50mm处, 各焊层起弧点为前一层起弧点后退30~50mm处。同样采用CO2气体保护焊进行连续施焊。每焊接完成一层均应清渣、外观检查。

③柱-柱焊接过程必须由两名焊工在对称位置按逆时针方向同时施焊, 焊接速度应同步, 打底焊接的层数不宜超过四层, 每焊完四层两名焊工各转90°焊接另外两个相对边的焊缝。如此循环至焊满整个接头。转角柱处对接接头原则上应先焊接厂房短轴方向焊缝, 后焊接厂房长轴方向焊缝。焊接完成后应及时打上各自的焊工钢印号。

④焊缝的探伤检测工作需在焊接完成24h后进行, 经探伤检测存在超标缺陷的焊缝部位必须进行返修。返修采取碳弧气刨挖除缺陷、清渣打磨后补焊的方法。对于低合金结构钢焊缝, 在同一部位的返修次数不得超过两次, 对经过两次返修仍不合格的焊缝, 应查找原因, 制定返修工艺指导书报公司技术负责人 (焊接工程师) 审批后重新返修。

(4) 厚钢板焊接工艺:对低合金结构钢钢板厚度超过25mm及碳素结构钢钢板厚度超过40mm的钢结构框架中的厚板焊接, 应按设计要求和国家及行业标准、规范进行焊接工艺评定, 依据焊接工艺评定报告制定专项焊接工艺, 防止焊接缺陷产生。

①进行焊接工艺试验和工艺评定:焊接工艺试验和工艺评定是选择合理的工艺参数、保证焊接质量的关键。焊接工艺评定要根据钢材的类别、规格、节点形式等, 且结合焊接环境及采用的焊接方法和焊接位置制定焊接工艺, 并编制焊接工艺指导书, 由熟练焊工进行试件焊接并通过取得相应资质的检测单位进行检测评定合格。所形成的焊接工艺评定报告是编制焊接工艺的理论依据。

②焊前预热:为了减少焊缝及热影响区内应力, 防止裂纹, 改善焊缝性能, 焊接前必须对母材进行预热, 其预热温度详如下:Q345材质:板厚25≤t≤60预热温度控制在80~100℃, 板厚60以上的预热温度控制在120~140℃。Q235材质:板厚40<t≤80预热温度控制在80~100℃, 板厚80以上的预热温度控制在120~130℃。

说明:焊接环境温度低于5℃时, 预热温度相应提高10~20℃;T型接头的预热温度相应提高20~50℃。焊前预热通常采用氧-乙炔焰加热法, 并应注意均匀加热。加热到中、后期时用红外线测温仪在加热区的背面 (箱型柱在加热面的两个侧面) 、离焊缝中心75mm的两侧测温, 达到预热温度并稳定3~5min后方可实施焊接工作。

③后热、焊后保温方法:对冷裂纹敏感性较大的低合金钢和拘束度较大的焊件, 每条焊缝焊接结束、进行砂轮打磨、外观检查合格后, 应采取后热措施, 即采用氧-乙炔焰加热法将焊缝表面温度加热到200~350℃, 稳定3~5min后, 用岩棉等保温材料覆盖, 覆盖宽度为焊缝两侧各200mm以上。保温时间与后热温度、焊缝金属厚度有关, 一般不少于30min。

3.2.5 超声波探伤, 出具探伤报告

(1) 焊缝超声波探伤或射线探伤应由取得相应资质的第三方检测机构进行检验合格, 并对此单项进行验收确认后, 方可进入下道工序。

(2) 按设计要求进行焊缝及热影响区内部缺陷的检验, 在超声波探伤对缺陷不能作出判断时, 应采用射线探伤, 其内部缺陷分级及探伤方法应符合现行国家标准《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级法》 (GB11345-2013) 或《钢熔化焊对接接头射线照相及质量分级》 (GB3323-2005) 的规定。

4 结论

(1) 钢结构建筑节点连接施工方法的运用, 增强了焊接的连续性, 提高了焊接速度, 降低了焊接的成本。

(2) 该施工方法采用同步吊装同步焊接, 加快了构件的安装进程从而降低起重机械的台班费, 焊接的连续性保证了焊接的质量, 更好地做到一次性验收合格, 以减少返工增加的费用。

(3) 在安全方面, 该施工方法采用同步吊装同步焊接、尽快形成稳定跨的安全控制方法, 从技术措施上进行预控, 大大降低了现场施工的安全风险, 保障了厂房施工作业的顺利进行。

摘要：目前我国大量大跨度、超高度的钢结构建设项目陆续兴建, 钢框架结构以其环保、快捷的建设过程逐渐成为大型工业厂房及超高层民用建筑的主要结构形式之一。高层钢结构框架其连接节点的主要形式有全焊接节点、栓焊混合节点及栓接节点连接。结合工程实施技术经验, 编制了“多层框架钢结构建筑节点连接施工技术”, 具体阐述施工过程中的一些关键技术措施及施工经验。

关键词：钢结构,连接节点,箱型柱,焊接

参考文献

[1]GB50661-2011钢结构焊接规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2011

[2]GB50755-2012钢结构工程施工规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2012

[3]GB50017-2014钢结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2014

[4]陈以一, 李刚, 庄磊, 等.H型钢梁与钢管柱隔板贯通式连接节点抗震性能试验[J].建筑钢结构进展, 2006 (1) .

钢结构节点 第10篇

1) 新建呼和浩特东客运站位于呼和浩特市主城区东侧, 为一座现代化大型火车站, 站房建筑面积4.27万m2。站房结构为大柱距钢管混凝土柱、预应力混凝土梁组成的框架结构, 平面柱网以边长31.2 m正三角形规划布置;为适应建筑造型的多样变化及大跨度的要求屋面结构采用不同形式的钢结构。

2) 站房旅客候车大厅上部屋面平面形状为边长93.2 m的正六边形, 周边为锥形带悬挑单层网壳组成的屋檐, 中部为直径81 m的双层球面网壳穹顶, 其间为边长31.2 m正三角形规则布置的斜向屋面。穹顶结构支承于两道环形托换桁架上, 内侧托换桁架与中部6根钢管柱相连, 外侧托换桁架与站房屋面主桁架相连, 两道托换桁架间按一定间距设置横向连系桁架同时在上弦平面设置支撑杆件。

2 节点试验研究的必要性及意义

1) 穹顶结构支承于环形桁架与屋面主桁架相互穿插组成的复杂结构上, 支座域为两种不同结构相结合的部位, 在各种工况下受力复杂, 对其进行试验研究及重点加强是必要的。

2) 穹顶杆系结构根据线弹性计算满足要求, 但如果仅凭几根杆件作为两种不同结构的过渡, 不符合强节点弱构件的设计理念, 因此对其进行单独构造和精细分析是必要的。

3) 周边边界的刚度是影响大跨度网壳结构承载能力及稳定性的重要因素之一, 支座域节点的合理构造与试验研究对于保证上部网壳结构的承载能力及稳定性具有重要意义。

4) 整个节点域构造复杂, 杆件、板件相互穿插形成整体, 对其自身的强度及稳定性难以进行定量计算, 通过试验方法结合有限元分析来考察其力学行为是必要的。

5) 基于模型试验及有限元分析的研究来指导设计, 做到技术先进、确保安全、经济合理具有重要意义。

3 节点试验及有限元分析

3.1 试验模型

试验模型完全按照实际工程节点的构造关系, 采用了1∶2的比例尺, 模型主要参数和原设计构件的对应关系见表1, 试验模型中的构件编号参见图1。

3.2 试验加载历程

1) 参考了有限元仿真计算的结果, 在最早出现屈服的加载步后续过程减小加载等级、加密加载过程;

2) 加载测点的布置参考仿真计算的结果, 在应力较大的区域、应力变化梯度较大的区域布置较密的测点, 在应力过渡平缓、应力幅值不大的区域布置较少的测点 (见图2) ;

3) 为了对测点数据进行修正和校验, 在管鼓节点背面布置对称的3个测点, 以验证测试数据的准确性。全部测点总共57个。

3.3试验结果

试验仅加载至预测的薄弱位置出现屈服、发生较大变形为止。当加载至25 t (1倍设计荷载) , 此时试件测试数据均处于弹性状态;当加载至35 t (1.4倍设计荷载) , 处于预测薄弱位置的测点20测试数据显示该位置已经进入屈服阶段, 与测点20相邻的几个测点的数据显示均已经进入较高应力状态, 其他位置的测点数据显示均处于弹性状态;当加载至42 t荷载 (约1.7倍设计荷载) , 薄弱位置加劲板已经出现宏观的明显变形, 可以视为板件即将屈曲的前兆;当加载至52.5 t荷载 (约2.1倍设计荷载) , 试件节点已经出现明显的变形特征;继续加载直至72.5 t, 加载刚性块位置已经出现明显转角位移, 千斤顶和反力架个别位置已经出现局部脱空, 此时节点试件除了发生较大整体变形以外并没有出现普遍的构件开裂或者屈曲现象, 由于千斤顶位置处较大转角位移导致千斤顶已经无法安全加载, 为了避免出现危险, 停止加载, 持荷15 min之后, 缓慢卸载。试验过程表明, 除了在相对薄弱位置出现加劲板屈曲以外, 即使加载至接近3倍设计荷载的外力作用, 试件仍然保持没发生整体破坏, 这说明试件节点的极限承载力在3倍设计荷载以上。

采用有限元软件ADINA对试验节点进行了非线性有限元分析。有限元模型中的几何尺寸与试验板件实测尺寸一致, 并选择板壳单元模拟实际结构;材料属性根据相应板材的材性试验, 没有考虑焊缝和残余应力的影响。为了更加直观地显示出结构破坏模式, 寻找薄弱部位, 仿真计算施加了一个极大的荷载 (荷载比例仍然按照试验的加载比例) , 以使结构发生破坏, 图3, 图4给出了测点20以及相邻测点的仿真计算和试验结果的比较, 可以看出, 有限元结果和试验结果吻合较好, 可以利用该模型进一步对节点其他荷载工况作用下进行参数化应力分析。图中ADINA-SIM代表有限元模拟计算应力值, max (p) -exp代表试验最大主应力值, MISES-exp表示实测等效米塞斯MISES应力。

4结语

1) 试验模型设计反映出了结构对应区域的力学行为, 其计算分析结果和实验研究结果能够指导设计的改进与优化。

2) 节点设计采取的构造措施对改善受力性能很有效果, 满足实际结构受力要求, 试验过程表明, 在近3倍设计荷载作用下, 节点没有出现构件普遍屈曲与破裂, 节点具备相当的承载力安全度。

3) 节点区域变形以平面内的侧向变形及竖向挠曲变形为主, 与整体结构杆系模型计算结果相同。

4) 通过增设加强劲板的方式, 有效地增强了斜向支座的刚度, 加强了穹顶桁架与托换桁架的变形协调能力, 能充分将上部结构的内力传递到下部结构;同时, 加强以后的支座增大了节点的安全储备, 满足“强节点”的设计原则;再者, 这样处理以后的设计, 从概念设计的角度来说更加优越。

5) 模型试验及仿真分析均相同的揭示了节点域薄弱部位, 设计中应该对该部位焊接质量和加工精度提出明确的质量要求, 同时应在桁架下弦杆与节点连接处增设劲板, 扩散桁架弦杆传递到斜向支座的应力。

6) 结构几何关系复杂, 导致节点构造较为复杂, 设计中应提出明确要求施工、安装过程的合理消差, 减少安装附加应力。

参考文献

[1]陈以一, 陈扬骥.钢管结构相贯节点的研究现状[J].建筑结构, 2002 (7) :24-30.

[2]刘建平, 郭彦林.广州新体育馆大型钢板节点极限承载力分析[J].青海大学学报 (自然科学版) , 2001, 19 (2) :11-13.

钢结构节点 第11篇

【关键词】框剪结构；钢筋绑扎；节点区；模板安装 ；混凝土浇筑

【Abstract】Reinforced concrete frame structure at the node， the node is the core area， is the most important part of the main structure. Construction quality control of parts of the article， analyze and control measures proposed county body.

【Key words】superstructure；Steel version set；No the region；Template installation；Concrete pouring

现浇钢筋混凝土框架及框剪结构的梁柱节点处，一般认为是节点核心区域，是主体结构的最重要部分。框架及框剪结构的震害大多数出现在柱和梁柱节点核心区域，节点的破坏主要是剪切破坏和锚固处钢筋破坏，严重的会引起整个框架的毁坏。现行的结构设计和施工验收规范都强调了“强节点” 的构造要求，对节点的箍筋绑扎和钢筋锚固，混凝土强度做出极其严格的要求。但是在具体工程实践中，却往往对节点的施工过程并不是非常重视，对节点的控制不是非常严格认真。根据一些工程应用实践，就如何保证节点的施工质量控制，进行分析并提出处理措施。

1. 节点区域钢筋绑扎

对节点区的钢筋绑扎控制主要是：

1.1 重视箍筋的间距和纵筋的锚固质量。

（1）设计时一般都会按照规范要求在节点区箍筋及加密区箍筋间距有所不同，包括箍筋的规格，直径及间距。纵向筋锚固也要满足规范的构造要求，包括伸入支座直线长度及弯钩长度。在一些工程中存在的问题是： 节点区箍筋绑扎不到佼，数量不够，位置不准及间距不分，或是几个箍筋扎堆在一块，或者区域内一段长度内空无箍筋； 而纵向筋则可能会因弯钩被切断（短） 或者锚固长度不够。究其原因，一方面是一些施工管理和技术人员，监理人员技术素质比较低，对节点区在构造上的理解认识缺乏，质量意识淡漠； 另一方面也受到施工流程的限制，使得要做到节点区钢筋箍筋完全到位则存在操作上的较大困难，有的确实很难做到设计要求。

（2）现在工程中最常见的框架梁柱施工的做法有两种，一种是将每层柱包括柱身，加密区和节点的全部箍筋按规定间距一次性绑扎好，然后安装柱模板，在梁底下100mm左右处留施工缝浇柱身混凝土，柱侧模拆除后接着安装柱头节点模和梁底模，也可以安装梁一侧摸，然后绑扎框架梁钢筋。这种工艺做法节点箍筋影响了柱混凝土的浇筑，浇筑时只有将箍筋绑扣解开，从侧面敲打己绑扎合格节点箍筋再打开一个较大洞使拌和料能够顺利进入柱身。这样一来节点的箍筋乱了，要想恢复到原样是不可能的，费工费时也达不到原来程度。在浇筑拄混凝土时上部钢筋会被水泥浆严重污染，影响到与混凝土的粘结。另外节点区箍筋绑扎完成后再穿梁底筋将十分困难，尤其是穿带弯钩的底筋更加不易。这时只有拆除和敲击己绑扎好节点处箍筋，严重的会私自烧断弯钩造成纵向筋锚固长度不够。

1.2 梁钢筋绑扎合格再放入模板做法。

（1）即所谓“沉梁法” 绑扎框架梁钢筋，在绑扎柱箍筋时预留节点箍筋不绑，在木工将节点模板及梁模板， 楼板底模都支设完成后，再在楼板面上绑扎梁钢筋，绑扎好后拆除临时支架把梁钢筋骨架落到梁底模中。这样绑扎梁钢筋比较容易操作，但很容易漏掉节点区柱箍筋，就是放了有时也很难绑到位，数量及间距难达到均匀要求。在实践中有些建设工程项目要求采取改进措施，也是在箍筋四个角设导筋，把节点区箍筋按设计间距绑在导筋上固定成短钢筋笼，然后再随骨架沉入摸板中，或是采用两个U型开口箍套叠，再焊成封闭箍。事实上只要是先把模板都安装好再沉放梁，不论是采用导箍还是用U型开口箍，都难以达到完整箍筋的可靠质量，尤其是高层建筑当柱比较大采用的是比较复杂的符合箍筋时，就根本不可能做到满足设计及规范要求。

（2）工程施工中常见的情况是：在验收梁、板钢筋时，监理工程师才发现和提出节点区箍筋问题要求施工班组整改。但是，此时往往模板都已经安装完毕，如果不拆除节点区模板，根本是不可能整改到符合规范要求的。遗憾的是：实际上不少工程最后都是在“尽可能整改”中马虎放过去了。

（3）实践证明：只有细分工艺流程，合理安排工作顺序，木工和钢筋工紧密配合，才可能保证节点区钢筋绑扎符合设计及规范要求。做法是将柱的箍筋分段绑扎：首先先将柱箍绑至梁底下；其次在穿好框架梁底筋后绑扎节点区箍筋；最后再绑完框架梁钢筋后再梁面上加一道节点（定位）箍筋。具体的施工流程：绑扎框架梁以下柱箍→安装柱模→浇灌柱砼（顶层边柱要注意留够梁筋的锚固位置）→拆除柱模→安装框架梁底模→安放框架梁底筋绑扎→节点箍筋绑扎→框架梁钢筋梁面处加节点（定位）箍筋一道→安装节点区模板→安装框架梁侧模→安楼板底模。这样的安装可能要增加绑扎框架梁钢筋使用的临时操作架，这时可以用工具式脚手架来解决。如果楼板底模板是用钢管做顶撑，也可以先搭顶撑架，利用它来做绑扎梁钢筋的操作架。

2. 节点区的模板安装

梁柱节点支模一般都比较麻烦，模板量小板块多.工效低。施工实践中最常见的是在现场采用临时找材料散装的做法，容易出现尺寸偏差过大、拼缝不严密、表面平整度及接槎，垂直度较差等通病，要拆除在重装往往十分困难，不便于进行节点内的杂物清理和节点箍筋的调整处理。结合节点箍筋的绑扎顺序，在装梁底模、穿梁底筋再绑扎节点箍筋后才安装节点模板，可以采取框架梁宽度范围以外（框架梁端头梁底以下的节点模板作为梁底模的支承在装梁底模时已一起安装）的节点模板，采用工具式定制模板的改进做法。其具体要点如下：

（1）在弄清每个节点处的梁柱、楼板的几何尺寸及相互位置关系后，对节点进行分类编号。

（2）根据每个编号节点的相关几何数据，确定节点模板的制作方案。矩形节点框架梁宽度范围以外的模板一般由四个侧面的各一至两片矩形板组成，模板下部与柱的搭接长度取40cm便于固定。结合节点模板的组合方式确定每片模板的具体尺寸并编号后，绘制出各节点的模板制作图。

（3）安排熟练木工根据各节点的模板制作图预制节点工具式模板，并做好相应的标识。模板可用18mm厚夹板制作，用40mm×50mm（柱截面大于1000mm时可用50mm×100mm）木枋做背楞，背楞间距不超过300 mm。装模专用的夹具也预先加工好，矩形柱采用钢管夹具，圆形柱采用扁铁圆箍夹具，筋骨对拉螺栓采用Φ12圆钢。

（4）根据施工进度，现场安装节点模板。先用铁钉将相应的模板在柱身初步固定，检查安装标高及垂直度，调整合适后安装夹具并初步收紧螺栓，再复查无误后用力收紧螺栓完成安装。另外，视砌块可将节点模板与梁模板连结加固。

（5）采用工具式定制节点模板体系，节点模板一般可以周转使用10次左右，可节省人工和材料；提前制作，又可节省现场作业时间，加快进度，尤其是确保梁柱端的外形几何尺寸。

3. 节点区的混凝土浇灌：

3.1 框架梁柱节点作为梁的支座本身属于柱的一部分，所以节点混凝土强度等级应与柱相同。在工程实践中，多数框架的强度一般都取梁板混凝土与柱混凝土强度等级相同；若原设计图纸上标明的柱与梁板混凝土强度仅相差5MPa，一般也会在图纸会审时将梁板混凝土强度等级改为与柱相同。这种情况的节点区混凝土施工只需与梁板一起浇注并注意振捣密实即可，否则很难保证浇筑不留施工缝。

3.2 而在高层框架、框剪结构的抗震设计中，为了满足框架柱的轴压比要求又避免柱子截面尺寸过大，往往需要取框架柱的混凝土强度等级比梁板混凝土高出2个或2个以上的5MPa。这种情况，施工时就要采取特别措施保证节点混凝土的质量。比较成熟有效的做法是：在梁柱节点放进离开柱边≥500mm，且≥1/2梁高处，沿45°斜面从梁顶面到梁底面用5 mm网眼的密目铁丝网分隔（做为高低等级砼的分界），先浇高标号混凝土后浇筑低标号混凝土，即先浇节点区混凝土后再浇节点区以外的梁板混凝土。需要引起特别注意的是：

（1）节点区混凝土与梁板混凝土应连续浇筑，不得将高低强度等级混凝土交界处，留置成施工缝或出现冷缝，安排将高强混凝土振后立即连续浇筑低强等级混凝土。

（2）应根据工程设计和钢筋密度确定合理的混凝土配合比，严格控制施工配料，并在现场测控混凝土水灰比及坍落度，加强对混凝土的早期养护，以防梁端高低等级混凝土交界附近出现混凝土收缩裂缝；节点区高强度等级的混凝土宜采取坍落度比较小的非泵送混凝土配合比，使用塔吊运输，可减少水泥使用量和用水量，降低砂率，从而减小混凝土的收缩量；节点和梁的混凝土浇筑宜采取二次振捣法，以增强混凝土的密实性，减少收缩开裂。

在高层建筑的框架、框剪结构节点处，经常会出现柱混凝土强度等级比同一层梁板高的情况，通常的施工方法是先浇节点处强度等级高的核心部分混凝土，然后在初凝前再浇筑梁板混凝土。只要采取的措施工艺到位，并精心施工，梁柱节点处高低强度等级不同的混凝土交界处附近的裂缝弯曲可以得到避免，满足强梁弱柱节点的强度和抗裂基本思路。

参考文献

[1] 孔峻清.抗震短柱的若干处理技术[J]. 安徽建筑，2009，12： 83 ～ 84.

[2] 王宗昌 建筑工程质量控制与防治 北京 化学工业出版社2012.4.

[文章编号]1619-2737（2016）03-18-102

钢结构节点 第12篇

钢结构具有施工周期短、承载能力高、重量轻等特点, 非常适应于高耸的高层建筑。近十年来我国的高层和超高层建筑快速涌现, 钢结构在高层和超高层建筑中应用已相当普及。节点的合理设计是钢结构设计中保证结构安全的一个十分重要的环节, 虽然钢材是高强度、高延性的匀质材料, 但其构件易于发生屈曲、失稳和脆性破坏, 而这些构件的失稳和脆性破坏又几乎都发生在梁柱节点区。国产化问题、综合经济问题和结构设计问题是我国高层钢结构发展的主要问题, 而设计问题已严重制约了高层钢结构的发展, 不合理的节点设计不仅会造成节点的脆性破坏, 而且钢材用量大, 人为造成钢结构的造价偏高。据统计, 在历次地震灾害中70%以上的钢结构破坏都发生在节点连接处 (纯焊接节点问题明显多余螺栓节点) , 国内一些高层钢结构出现的严重质量问题也是因连接不当导致。因此, 对钢结构梁柱半刚性节点的研究与应用很有必要。

1 钢结构半刚性梁柱节点概述

1.1 节点刚度的分类

钢结构节点分为刚性连接、半刚性连接和理想铰接连接。传统的钢结构设计中把梁柱连接一般分为刚接和铰接两种:刚接是指梁柱之间传力是连续的, 同时将剪力和弯矩的全部 (或大部分) 从梁传到柱, 梁柱之间的夹角不变;铰接是指梁与柱之间只传递剪力不传递弯矩。而实际的钢框架在梁柱之间不可避免存在一定程度的相对转动, 即梁柱之间的连接刚度总是有限的。实验也已证明实际的钢结构梁柱节点总是介于刚接和铰接之间。

半刚性连接的节点形式比较丰富, 种类较多。图1为一种常用的梁柱半刚性连接节点。大体上主要有以下几类应用较多:①单角钢腹板连接。这类连接很柔性, 弯矩-转角刚度很小;②双角钢腹板连接。这类连接能承受的弯矩是梁在全固端弯矩的20%, 随着梁高的增大, 其值还有一定增大;③矮端板连接。类似双腹板角钢连接;④顶底角钢连接。根据实验结果发现, 这类连接可以抵抗部分梁端弯矩;⑤带双腹板角钢的顶底角钢连接。这类连接在美国AISC-ASD规范视为半刚性;⑥延伸或齐平端板连接。此类连接刚度较大;⑦短T型钢连接。用螺栓与梁和柱相连, 上、下翼缘处用两个短T型钢连接, 是最刚劲的半刚性连接之一。梁柱节点连接梁与柱, 传递包括轴力、剪力、弯矩、扭矩, 当前的研究及设计问题主要集中于弯矩的传递, 通常用连接的弯矩-转角关系即M-θr来表示, 各种半刚性连接的M-θr关系见图2。

1.2 半刚性连接的受力特性

对于跨度为l的一跨单梁, 在均布荷载q作用下, 假定单梁两端的连接分别为刚性连接、铰接和半刚性连接。对于刚性连接的梁:梁端弯矩为ql2/12, 跨中弯矩为ql2/24;铰接的梁:梁端弯矩为0, 跨中弯矩为ql2/8;半刚性连接梁的梁端弯矩在 (0, ql2/12) 区间内, 连接刚度越大, 梁端弯矩越大。结构在地震过程中有一些杆件及连接处可能出现塑性铰, 对于刚性连接而言, 主要通过梁的跨中屈服来吸收能量, 塑性铰多出现在梁的跨中位置。对半刚性连接而言, 其主要通过节点屈服转动吸收地震时输入的能量, 塑性铰多出现在梁柱连接节点处。研究表明, 半刚性连接提高了节点的变形能力、耗能能力和延性。

2 研究半刚性连接的方法

当前, 对于钢结构梁柱半刚性节点的研究内容比较广泛, 研究方法比较多。经调查, 半刚性连接的研究方法主要有以下几种, 值得注意的是这些研究方法同时也是结构设计重要的参考资料来源。

2.1 通过实验建立数据库

为了实际应用时方便, 一些学者进行了大量的实验并根据结果建立了一些数据库, 实际应用时需把这些数据与推荐的用于钢框架分析计算模型进行比较。有一些比较成熟的数据库, 如:Nethercot数据库、Goverdhan数据库、Kishi和Chen数据库。近年国内对半刚性节点的实验研究也比较多。周学军等做了带双腹板角钢的顶底角钢连接缩尺框架静力试验, 得到节点的荷载-变形曲线以及影响钢框架承载力的几种因素。陈宏等对端板外伸与平齐式的两种螺栓连接的半刚性节点性能作了实验研究, 研究包括了部分节点滞回性能。郭兵等做了半刚性连接框架的循环加载及动力特性试验, 其中对焊接连接、端板连接、角钢连接框架, 得出一些有价值的结论。

2.2 曲线拟合法

对于连接的模拟, 现在常用的方法是通过大量实验得出M-θr数据, 将数据拟合出对应于某种连接构造的M-θr关系的表达式。常用的M-θr模型有以下几种:

1) 线性模型:简单的线性模型有三种, 单刚度线性模型是采用初始连接刚度 (即初始连接刚度, 也即M-θr曲线的初始斜率) 来代表全部加载范围的连接特性, 极限弯矩作为节点失效准则;双线性模型在某一转折弯矩处用一条更平坦的直线来代替初始刚度;折线模型是用一组直线段来逼近非线性的M-θr曲线。双数三种模型使用方便, 但由于不够精确且转折点处刚度突变, 故相对较难于应用。

2) 多项式模型:将M-θr关系用一个高次多项式来表达。其形式为:

式中, K为取决于连接类型及几何尺寸的标准化参数;C1、C2和C3为曲线拟合常数。这个模型能很好地代表节点的M-θr特性。但由于多项式自身的性质, 在某一范围内它会达到并通过峰值点, 连接刚度 (即M-θr曲线斜率) , 就可能为负值, 这与实际不符。

3) B样条模型:是将M-θr实验数据分成许多小组, 每一组跨越M的一个小范围。然后用三次B样曲线拟和每组数据, 拟合过程中保证一阶和二阶导数的连续性。进而有效地回避负刚度问题, 极好地表示非线性的M-θr特性, 但数据需求量大。

4) 幂函数模型:下式为Kishi和Chen (1990) 提出的一个幂函数模型:

式中, Rki为初始连接刚度;Mu为连接的极限弯矩承载力;n为M-θr曲线的形状参数。

2.3 塑性分析法

塑性分析法是一种在实验结果的基础上还应该进行理论分析研究半刚性节点的方法, 通常采用简单塑性分析法和高精度塑性分析法来分别进行。1997年, Padher等人用塑性铰线法对几种半刚性节点螺栓拉力作用时的塑性铰线分布情况进行了研究。这种塑性分析法可计算连接中某个部位的极限承载力。

2.4 有限单元法

有限单元法是当前研究和设计中最广泛的一种分析方法。研究人员可以利用现有理论, 在刚度矩阵中考虑节点的半刚性性能, 编制有限元程序, 但这个过程理论知识要求高、耗时较长, 但优点是可控参数多, 对计算过程和计算结果有较高的把控性。通用有限元程序如ANSYS、ABAQUS等也被广泛应用于半刚性节点性能的研究。半刚性节点的弹性、弹塑性、线性加载及滞回性能等一系列力学问题都可以借助有限元分析的方法得到解决, 利用有限元软件计算简单高效, 使研究和设计过程得到大大简化。关于有限元方法应用于半刚性节点已有较多文献可以参考, 此处不再赘述。

3 各国规范中对半刚性连接钢框架的规定及研究状况

美国规范 (AISC-LRFD, 1999) 中把结构连接形式分为完全约束型FR (fully restrained) 、部分约束型:PR (partially-strained) 。规范中特别强调在连接设计上刚度、强度、变形三者相互作用的重要性, 这种分类基于连接的弯矩转角的曲线关系, 基于连接刚度与梁的刚度的比值进行分类。规范中对半刚性连接规定了一种简化的二阶效应计算方法, 但对设计和计算只提出了一般原则, 原则的具体量化工作留给了设计人员。

欧洲规范 (Euro Code3, 1992) 中把框架连接形式分为刚接、半刚接、铰接, 对应于弯矩转角的曲线关系也有具体的分界值。但该规范的分类方法仅考虑了节点在承载能力极限状态下的情况, 没有涉及到正常使用极限状态。由于梁柱单元在承载能力极限状态下不可避免会出现塑性变形, 故该假定高估了梁柱单元的刚度。

我国GB50017-2003《钢结构设计规范》把框架分为无支撑纯框架、强支撑框架、弱支撑框架三种, 提到了半刚性连接的概念, 但未提及在设计中如何考虑其影响。对于无支撑纯框架, 它的侧向刚度由刚架本身提供, 构件间的连接假定要求为完全刚接, 完全刚接做法加重了连接处的工作量;对强支撑框架, 侧向刚度由剪力墙或其他有效支撑体系提供, 构件间连接假定为完全铰接, 这样使得梁截面较高, 并且要求侧向荷载由其他结构承担, 加大了其他构件负担。总体而言, 我国规范对半刚性节点的规定还十分欠缺。

4 半刚性节点应用的展望

设计中采用增加半刚性连接计算, 连接费用会减少, 而连接处的刚度可以得到合理利用。但我国规范对进一步如何实现半刚性连接的设计、理论、要求、标准和实施步骤均未做出说明, 因而事实上都难以执行。因此, 对半刚性节点的研究开展必定是今后的发展方向。

摘要：传统设计中钢结构梁柱节点按照纯刚接或者理想铰接进行设计, 而实际的节点总是介于纯刚接或者理想铰接之间。通过对几类半刚性节点的分类介绍, 比较并阐述了其力学特性及优缺点。通过对半刚性节点研究方法的总结, 为设计以及设计过程中的研究指出了半刚性节点的设计依据和研究方法。比较了各国设计规范对半刚性节点的相关规定, 指出了我国钢结构的半刚性节点设计中与发达国家的欠缺之处。

关键词：钢结构,半刚性节点,设计,现状

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