高等鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)分析作業(yè)

1、高等鋼結(jié)構(gòu)原理節(jié)點(diǎn)分析習(xí)題作業(yè)系（所）：建筑工程系學(xué) 號(hào)：1432055姓 名：焦 聯(lián) 洪培養(yǎng)層次：專業(yè)碩士選做題目：第一題 2014年12月24日 011.0 梁柱節(jié)點(diǎn)如圖01 示。設(shè)梁柱鋼材均為Q345，hbbbtfbtwb =5002502012（h 表示截面全高，下標(biāo)b 表示beam,f 表示flange，w表示web），hcbctfctwc = 4003502214（下標(biāo)c 表示column）。不考慮梁端剪力對(duì)連接的影響。問：（1）設(shè)圖示連接中柱身未設(shè)加勁肋的情況。假定翼緣采用一級(jí)對(duì)接焊縫、腹板采用焊腳尺寸hf=14mm 的雙面角焊縫。則保證該連接不失效，梁端作用的彎矩設(shè)計(jì)值最大為多

2、少？（2）設(shè)在梁上下翼緣對(duì)應(yīng)位置柱子有橫向加勁肋的情況。加勁肋厚度為20mm，寬度為120mm。倘梁端彎矩達(dá)到其截面全塑形彎矩，計(jì)算該節(jié)點(diǎn)承載能力是否滿足強(qiáng)度要求。（3）如腹板改為摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接，試選擇螺栓級(jí)別、直徑、排列等。設(shè)梁端彎矩達(dá)到其在邊緣屈服彎矩值。 梁截面尺寸 柱截面尺寸(1) 對(duì)于母材為Q345鋼，一級(jí)對(duì)接焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為，角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。翼緣采用一級(jí)對(duì)接焊縫、腹板雙面角焊縫，為保證該連接不失效，應(yīng)以角焊縫的強(qiáng)度來作為控制強(qiáng)度(即角焊縫邊緣達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值連接失效)?？紤]梁腹板兩側(cè)的開孔：由得帶入?yún)?shù)連接承載能力為：H形鋼柱受壓時(shí)的強(qiáng)度和穩(wěn)定計(jì)算。由柱子腹板厚度控制，根

3、據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范式有： 受拉時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算，由柱子翼緣板厚度控制：帶入?yún)?shù)有：H形鋼柱受壓強(qiáng)度：，不滿足強(qiáng)度要求。通過反算可得粱受壓翼緣的最大應(yīng)力為：穩(wěn)定： ，滿足穩(wěn)定要求。H形鋼柱受拉：不滿足強(qiáng)度要求。通過反算可得粱受拉翼緣的最大應(yīng)力為：綜上所述M設(shè)計(jì)最大值?。海ó?dāng)不考慮腹板切口時(shí)連接的承載力）帶入?yún)?shù)連接承載能力為：所以腹板上開切口時(shí)連接的承載能力大于腹板完整時(shí)的承載能力。(2) H形鋼柱受壓時(shí)的強(qiáng)度和穩(wěn)定計(jì)算。由柱子腹板厚度控制，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范式有： 受拉時(shí)的強(qiáng)度計(jì)算，由柱子翼緣板厚度控制：帶入?yún)?shù)有：H形鋼柱受壓強(qiáng)度：，不滿足強(qiáng)度要求。穩(wěn)定： ，滿足穩(wěn)定要求。H形鋼柱受拉：不滿足強(qiáng)度

4、要求。綜上考慮在柱腹板與粱翼緣對(duì)應(yīng)位置應(yīng)該設(shè)置加勁肋：題中假設(shè)梁端彎矩達(dá)到其截面全塑形彎矩：梁腹板抵抗矩：梁翼緣抵抗矩：梁的總抵抗矩： 在柱腹板與粱翼緣對(duì)應(yīng)位置應(yīng)該設(shè)置加勁肋后，在梁、柱連接處形成一個(gè)節(jié)點(diǎn)域。節(jié)點(diǎn)域的破壞形式：剪切屈服（變形）或失穩(wěn)。柱身設(shè)加勁肋的節(jié)點(diǎn)，抗剪強(qiáng)度根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：對(duì)于H型柱截面，節(jié)點(diǎn)域腹板的體積：腹板彈塑性局部穩(wěn)定要求：帶入?yún)?shù)有：柱身設(shè)加勁肋的節(jié)點(diǎn)域抗剪強(qiáng)度：節(jié)點(diǎn)域抗剪強(qiáng)度不滿足要求。腹板彈塑性局部穩(wěn)定：,腹板局部穩(wěn)定滿足要求。討論：由于腹板的抗剪強(qiáng)度不滿足要求，所以采用在H柱的腹板兩側(cè)各加上一塊斜向加勁肋，根據(jù)GB500172003第7.4.3條第4款

5、的規(guī)定:“當(dāng)采用斜加勁肋來提高節(jié)點(diǎn)域的抗剪承載力時(shí),斜向加勁肋及其連接應(yīng)能傳遞柱腹板所能承擔(dān)剪力之外的剪力”，將有斜加勁肋的節(jié)點(diǎn)域等效為一個(gè)“桁架+板”的計(jì)算模型,如下圖所示,其中桁架由節(jié)點(diǎn)域斜加勁肋與節(jié)點(diǎn)域邊界即柱翼緣和橫向加勁肋共同構(gòu)成,板就是節(jié)點(diǎn)域的柱腹板。斜向加勁肋的厚度與橫向加勁肋相同，寬度為150mm，即，。 桁架+板模型 梁、柱腹板模型桁架的豎桿由柱翼緣構(gòu)成,水平弦桿由節(jié)點(diǎn)域橫向加勁肋構(gòu)成,斜腹桿就是節(jié)點(diǎn)域的斜加勁肋,經(jīng)過對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié),參與工作的斜加勁肋寬度以不超過20倍斜加勁肋厚度為宜。節(jié)點(diǎn)域承受的剪力由兩部分組成,一部分由桁架承擔(dān)，另一部分由腹板承擔(dān)。腹板承擔(dān)的剪力V2

6、與CECS102:2002,JGJ 9998和規(guī)范GB500172003中確定的無斜加勁肋節(jié)點(diǎn)域所能承受的剪力在形式上是一致的。一部分由梁、柱腹板區(qū)域承擔(dān)的剪力：另一部分由橫向加勁肋和斜向加勁肋組成的桁架模型承擔(dān)：斜向加勁肋屈服時(shí)的屈服荷載為：水平向的靜力平衡計(jì)算桁架分擔(dān)的剪力為：外荷載作用下梁端傳遞的剪力為： 滿足抗剪強(qiáng)度要求。另外將柱腹板看做一個(gè)受壓短柱研究其局部穩(wěn)定： 研究梁的受壓翼緣處：假設(shè)柱受壓側(cè)腹板的局部承壓：腹板局部承壓的有效長度：面積為： 滿足要求。（3） 梁端翼緣邊緣達(dá)到其屈服荷載時(shí)，梁端彎矩值為： 剛梁的截面參數(shù)為：由于梁端邊緣纖維屈服時(shí)，梁的其他截面部分還處于彈性階段，所

7、以將鋼梁的彎矩分別按翼緣和腹板來承擔(dān)，具體彎矩按腹板和翼緣的剛度比來分配： 對(duì)腹板采用摩擦型高強(qiáng)度螺栓連接：螺栓選用10.9級(jí)的M22高強(qiáng)度螺栓，采用噴砂（丸）后吐無機(jī)富鋅漆（摩擦面的抗滑移系數(shù)），高強(qiáng)螺栓的預(yù)緊力，所以每個(gè)高強(qiáng)度螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值為： 對(duì)于摩擦型高強(qiáng)度螺栓其孔徑比公稱直徑大1.5mm2.0mm。所以螺孔孔徑選用，梁腹板處連接梁和柱的拼接板選用寬170mm、高400mm、14mm，設(shè)計(jì)10個(gè)10.9級(jí)的M22高強(qiáng)度螺栓，布置情況如圖所示： 中距80mm介于與之間，即介于72mm與192mm之間，符合規(guī)范要求中心至構(gòu)件邊緣距離40mm介于和之間，即36mm和96mm之間，符合

8、規(guī)范要求。 螺栓均受扭作用，螺栓受力大小與其形心的距離成正比，分析可知1處的螺栓受力最大：螺栓1所受合力為：滿足要求。 梁柱連接節(jié)點(diǎn)的基本設(shè)計(jì)原則：節(jié)點(diǎn)必須能夠完全傳遞被連接板件的壓力(或拉力)、彎矩和剪力等。在強(qiáng)震作用下節(jié)點(diǎn)能夠基于材料的延性，保證結(jié)構(gòu)產(chǎn)生非彈性變形，即在梁內(nèi)而不是在柱內(nèi)產(chǎn)生塑性鉸，以消耗地震輸入的能量,使節(jié)點(diǎn)免于破壞，并保證結(jié)構(gòu)的整體性使其免于倒塌，即“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件”的設(shè)計(jì)思想。目前栓焊連接應(yīng)用較為普遍，工地安裝時(shí),先用螺栓定位后對(duì)翼緣施焊,具有施工方便的優(yōu)點(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)表明，其滯回曲線與全焊連接的接近,但是,翼緣焊接對(duì)螺栓的預(yù)拉力有一定的影響，可使螺栓預(yù)拉力降低,

9、因此高強(qiáng)螺栓的實(shí)際應(yīng)力應(yīng)留有余度。 鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)接頭處栓焊混合連接的施工工法通常有兩種，即“先栓后焊”和“先焊后栓”?！跋人ê蠛浮本唧w的施工工法為：腹板高強(qiáng)螺栓的初擰終擰梁上下翼緣板焊接；“先焊后栓”具體的施工工法為：腹板高強(qiáng)螺栓的初擰梁上下翼緣板焊接腹板高強(qiáng)螺栓的終擰。鋼結(jié)構(gòu)梁柱接頭處栓焊混合連接施工過程中，有的工程考慮焊接后板件變形，不易夾緊，故采用“先栓后焊”的施工工法；而有的工程則考慮焊接加熱對(duì)高強(qiáng)螺栓應(yīng)力松馳的不利影響，主張“先焊后栓”的施工工法。 1高鵬,王燕;某超高層鋼結(jié)構(gòu)梁柱栓焊混合節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)研究J.鋼結(jié)構(gòu),2008,6:566-570.2李惠琴;淺談底框抗震墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)J.山西建筑，2011,37: