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  原标题:4个钢结构连接设计中的常见问题,解释的太详细了!


  本文共计约:1594字 | 阅读时间:3分钟


  钢结构的连接设计一直以来就是钢结构设计中的一个难点,一方面钢结构连接都比较繁琐,细节较多;另外一方面涉及到一些前提假定。如果不清楚其中的一些“机关”,就很容易对结果产生质疑。由于篇幅有限,本文的内容只包括了梁柱连接和主次梁连接两种类型。


  1


  常用设计法与精确设计法


  在梁柱连接节点的设计中,经常会遇到窄翼缘、高截面的梁。对于这样的梁截面,由于梁翼缘过小,实际在梁柱连接处传递弯矩的,已经不止是梁翼缘了,而是翼缘和一部分腹板形成的一个上下镜像”T”型的截面。


  T型截面的腹板部分高度,可由高钢规8.2.3条有效受弯区高度hm求得。但一般可以偏安全地将腹板全高作为受弯区高度(实际在腹板连接的设计时,也是将全高作为受弯区来验算螺栓受剪的),即梁端的弯矩分配可通过翼缘和腹板的惯性矩比值来进行。


  一般将翼缘连接承担梁端所有弯矩,而腹板只承担梁端剪力的设计方法称为“常用设计法”;而梁端弯矩由腹板和翼缘连接共同承担的设计方法称为“精确设计法”。这两种设计方法可通过翼缘和全截面的塑性抵抗矩比值来确定


  ,当该比值γ小于0.7时,可认为翼缘较弱,弯矩需由一部分腹板传递,设计方法上也应偏安全选择精确设计法;而该值γ大于等于0.7时,则可认为翼缘连接有足够的能力传递所有弯矩,此时可采用常用设计法。但是0.7的界限也并非绝对,程序也提供了人为指定设计方法的选项,对于一些在0.7左右的梁,也可以根据实际情况,灵活选择设计方法,减少螺栓数量。


  2


  梁梁拼接的极限承载力计算


  梁梁拼接的设计也是很多人会经常问到的,而最多问到的,就是“为什么不能采用拼接处的梁内力”。这里可以理解设计人员希望减少螺栓数量的良苦用心,但是在节约钢材量的同时,也不能忘了最基本的设计假定:钢梁是刚度连续无缺陷的。如果按拼接处的实际内力去设计了连接,那么连接处的连接刚度就会小于构件的刚度了,也就相当于这个位置的梁出现了一个缺陷。相信这么解释,应该有很多人就能理解为什么要做等强设计了。


  那么接下来的问题就是,梁梁拼接是否还要判断设计法?很遗憾,由于梁梁拼接的传力方式不同与梁柱连接,所以梁梁拼接始终采用的是精确设计法。当然也有例外,当梁翼缘也为螺栓连接时,腹板的弯矩可以打一个4折,而多出来的部分则是分给了翼缘。


  3


  梁柱连接的极限承载力计算


  抗震规范8.2.8条要求,连接的极限受弯承载力,必须要大于构件的塑性受弯承载力,同时规范也给出了验算公式。注意对比01抗震规范,对于Mu的说明已经由“翼缘的极限承载力”变更为“刚性连接的极限承载力”,也就是说,除了翼缘部分,还应加上腹板连接的极限承载力。对于规范的8.2.8条中,梁柱连接的极限承载力验算公式,很多人理解是这样的:


  按照上面的推算,对于Q235钢材来说,他的强屈比达到了1.5,应该是自然满足了,那么为什么还存在很多Q235的钢梁连接不满足呢?让我们仔细阅读高钢规的8.2.4-3的公式可以发现,对于腹板连接,极限状态和翼缘连接并不相同,翼缘连接是拉断破坏,而腹板连接则是屈服退出工作,所以对圆管和箱型这样天然没有内加劲的截面,承载力则是进一步降低。


  而且这里面要进一步说明的是,有些人理解的腹板的Wpe需要考虑的是扣除螺栓孔的净界面,实际对照公式,屈服面在连接板与柱壁板的交界面,和螺栓孔并没有任何关系。


  4


  主次梁连接的偏心弯矩


  在设计梁柱铰接连接时,程序对于螺栓群的受力,除了端部的剪力之外,还增加一个附加弯矩,由螺栓群中心的偏心导致,即M=V×e。但是这种设计方法用在主次梁铰接连接上时,却会遇到大麻烦,而这个麻烦则是由螺栓群本身的特性所造成的。螺栓群中,每个螺栓的承担的弯矩可以由下面公式计算得到。


  从公式本身来看,可以发现两个特点:


  1)最外排螺栓承受的剪力最大;


  2)在恒定弯矩下,螺栓到中心的距离的平方和越小,承受的剪力就越大。


  所以在主次梁连接中,由于次梁的截面都较小,所以即使偏心弯矩不大,最外排螺栓的剪力也会很大。当螺栓验算不满足时,需要增加螺栓列数,而这种调整又会引起螺栓群偏心的进一步增大,增大偏心弯矩。很多时候,这种调整会带来恶性循环,导致主次梁连接的螺栓数量多到惊人。


  其实对于主次梁连接这样非主要的连接,完全可以做一些假定进行简化。在《钢结构》中建议“考虑到连接处有一定的约束作用,并非理想铰接,可将次梁反力R加大20%~30%”,程序在处理时也采用这种建议的简化方法,将梁端建立放大1.3倍来考虑偏心影响,设计得到的螺栓数量也很合理。


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