钢结构梁柱节点连接设计的优化分析 张冠雄

发表时间:2021/7/9   来源:《基层建设》2021年第11期   作者:张冠雄
[导读] 摘要:20世纪80年代后,我国经济迅速发展,社会化进程不断加快,钢结构在此发展背景下应用愈发广泛。
        中嘉城建设计有限公司银川分公司  宁夏银川  750000
        摘要:20世纪80年代后,我国经济迅速发展,社会化进程不断加快,钢结构在此发展背景下应用愈发广泛。钢结构作为社会生产建设的主要材料梁柱节点连接设计的重要性逐渐凸显,设计合理的节电连接直接决定了钢结构是否稳固,因此,本篇文章对钢结构梁柱节点的基本特征进行了简单分析,提出钢结构梁柱节点连接设计优化方案为后续发展提供参考。
        关键词:钢结构;梁柱节点;连接设计;优化
        引言
        梁柱连接点设计在钢结构设计中具有重要意义,直接决定了钢结构整体稳定性和可靠性,并且与社会发展和生产制造的安装作业质量与进度有直接关联,影响项目建设成本和收益,因此在整体设计过程中十分重要。基于此,文章对钢结构梁柱节点设计进行了深入的分析探究,提出优化改进意见,为国家建设事业发展提供帮助。
        1钢结构梁柱节点特征
        进行连接设计时,首先要了解钢结构梁柱节点的特点。第一,进行钢结构梁柱节点连接设计,首先要通过对应的模型确定钢结构之间的连接形式。第二,确定基本的传递路径后,对模型进行简化分析。第三,借助现代化先进手段和技术进行模型的计算分析,然后根据传递特点确定主要的连接形式。一般我们进行钢结构梁柱连接是主要选用刚性连接,铰链连接和半刚接的方式,不同方式的优点不同。(1)刚接作为强度和刚度较高的连接方式,受力性能良好,在钢结构梁柱节点连接设计师,主要优点是承受载荷大,稳定性高。但由于施工结构复杂,难度系数较高,目前使用仍然存在限制。(2)铰接相对来讲不属于刚性连接,作为柔性连接钢梁需要做好稳定性控制,使用高强度螺栓进行连接,主要连接方式为焊接操作。作为结构简单便捷安装快捷的连接方式不受时间,空间,环境,气候影响,工作量有所降低,整体钢结构安装进度加快。(3)半刚接的强度和刚度处于刚接与铰接之间,这种连接方式在梁柱节点设计中应用并不广泛,主要是因为设计规范中未出现半刚接的想起计算方法和设计方案,技术人员无法对接点的转动刚度进行准确确定。
        2钢结构梁柱节点连接设计优化措施
        2.1 高强螺栓连接的梁柱节点
        2.1.1 高强螺栓连接的类型与受力特点
        不同设计方案受力要求差异不同,按照工程规范来讲,我们一般将高强度螺栓大致分为承压型和摩擦型。首先,若使用摩擦型高强度螺栓进行连接的抗剪设计,主要根据外剪力能够达到的最大摩擦力为基础,这与螺栓预压力有关,因此,进行摩擦型高强度螺栓特殊设计应允许摩擦力在正常使用期间承受外部剪切力,并始终保持螺栓杆和孔壁之间的原始间隙,避免存在板之间的滑动和相对变形的问题。在设计高压螺栓连接时,应注意,在正常工作负载条件下,剪力低于最大摩擦力。在节点连接的设计中使用高强度螺栓连接时,接触表面之间形成的正压力摩擦力的增大主要通过减小板之间的夹紧力并吸收螺栓的拉力来产生,并且当外部负载超过此摩擦力时,它将在正常负载下提供拉伸力,若出现连接板接触滑动则证明白外界载荷已经超过了摩擦力,被认为是连接故障。
        2.1.2 承压型高强螺栓连接设计
        进行承压型高强度螺栓连接设计之前,首先要了解市面上常见的几种不同连接方式,除承压型外还有摩擦型连接。相对来讲,摩擦型高强度螺栓连接应用更广,技术人员能够参考相关资料进行优化设计,而使用频率不高的承压型高强度连接方式,参考资料少常见的规范材料中未对承压型高强度螺栓连接设计提出参考建议。要确认承压型高强度螺栓的设计方向,必须首先了解各项数据参数,例如:高强度压力螺栓的剪切力和轴向张力。

查阅行业规范得知,螺栓切割功能的设计值必须耐压,以切割可承受朝向杆轴线的剪切力和拉力的接头和连接件,但目前进行设计是无法全面考虑各种情况,造成这种现象的主要原因是,对支撑压力的高强度螺栓的研究相对缺乏,尤其是实践经验的缺失,因此需要进行详细而严格的计算。总的来讲,高压螺栓连接必须提供摩擦连接类型的1 / 1.3或更小的承载力。如果数据差超过1.3倍,则不能保证钢结构的安全性和可靠性。准确的负载参考值很有用,因为不会误判耐压满足此要求的高强度螺栓设计。这样做是为了确保结构的稳定性,但是由于高强度耐压螺栓本身根本无法使用,因此设计人员必须在不打滑的情况下做好控制。
        2.2 全焊节点连接
        2.2.1 全焊节点连接特点
        作为在现代化生产生活中应用广泛的一种连接方式,下文对全焊节点连接方式进行简单介绍。首先,说什么接受水平的不断提高,生产生活中会遇到各种类型的梁柱节点焊接方式,目前较为通用的梁的结构形式为h型,柱的结构模式则主要包括H型和箱型两种。全焊节点的连接方式安装简单,节省钢材,整体安装刚度较大,具备张浩的刚度和强度性能,在抗弯钢结构设计中意义重大。现阶段进行刚才设计和安装的制作人员大多认为梁柱焊接节点需要具备良好韧性,同时还需要通过塑性变形能力吸收震动,从而确保结构的稳定性和可靠性,从此设计期望中得出抗震性能的重要意义,但通过了解多次实践经验得知,目前钢结构连接工艺仍然处于起步发展阶段,在大多数地震灾害当中,梁柱焊接节点作为钢结构的脆性破坏部位,经过强烈震动后出现了非常明显的塑性变形,甚至还有严重的裂缝,严重影响钢结构稳定性,危害社会安全。为解决此类问题,尽量避免钢结构焊接时出现裂缝,要求保证木材和接头部位具有充足的韧性值,能够保障不出现结构裂缝,要求设计人员全面消除梁柱焊接节点的集中应力。
        2.2.2 全焊节点设计
        适当的钢结构强度能够保证结构的稳定性和安全性,但是若钢结构强度过高,接头部位应力集中就会出现不稳定问题。因此要求设计人员在接头应力较为集中的部位,根据强节点弱杆件的原则进行节点加强,若出现失稳现象,可对梁的强度进行削弱,形成塑性铰链接除此之外,针对腹板工艺孔需要保证孔的光滑,同样需要避免出现应力集中。最后不影响腹板连接强度的情况下,需要增加工艺孔,提供施工便利。
        2.3 摩擦型高强度螺栓与焊缝形成的混合连接
        以下几种情况在混合连接中要受到高度重视。第一,正常情况下,焊缝的破坏强度要远大于高强度螺栓的强度,比例应控制在1~3范围内。第二,如果首先进行焊接操作且未压缩钢板,则应使用大直径螺栓,但螺栓本身的切削能力的设计值应乘以减小系数。第三,在静载荷环境下,高强度摩擦和角焊螺栓并排工作。该接触形式不能直接在具有动态负载的链接中接受,并且在焊接之前必须接受焊接过程。另外,在设计时,应充分注意温度的影响,并应去除并减小高强度螺栓的曲率。第四,对于可以一起工作的混合连接,必须根据不同连接方法的承载力之和估算整体耦合能力。
        结束语
        总而言之,钢结构在现代化设计发展中有重要意义,进行钢结构连接,设计时需要详细了解钢结构的受力特点和适用条件。文章对各种问题进行了相应的细化研究,结合项目进行了钢结构连接优化方案设计,为后续发展提供参考。
        参考文献:
        [1]徐静伟. 关于钢结构梁柱节点连接设计的优化分析[J]. 河南建材,2019(1):20-21. DOI:10.3969/J.ISSN.1008-9772.2019.01.013.
        [2]龚清华. 钢结构梁柱节点连接设计的优化分析[J]. 江西建材,2019(10):38,40. DOI:10.3969/J.ISSN.1006-2890.2019.10.023.
        [3]谭芬香. 钢结构梁柱节点连接的优化设计[J]. 低碳世界,2016(19):192-192,193.
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