鋼結(jié)構(gòu)論文-鋼結(jié)構(gòu)施工安全及梁柱節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)方法

word文檔可復(fù)制編輯鋼結(jié)構(gòu)施工安全及梁柱節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)方法摘要:介紹了鋼結(jié)構(gòu)施工特點(diǎn)及施工安全問(wèn)題和多高層鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接的三種方式，并對(duì)其性能及適應(yīng)范圍進(jìn)行了比較分析，結(jié)合地震作用下提出了加強(qiáng)連接節(jié)點(diǎn)的做法，提出了節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)工作中要注意的問(wèn)題。關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu);連接節(jié)點(diǎn);塑性鉸;強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件0前言連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，它直接影響結(jié)構(gòu)在荷載作用下的整體性能以及單個(gè)構(gòu)件的受力分析。國(guó)內(nèi)外許多震害都表明，鋼結(jié)構(gòu)大多是由于節(jié)點(diǎn)首先破壞導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的整體破壞。為此，鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)問(wèn)題就值得我們關(guān)注和探討。鋼結(jié)構(gòu)施工安全：1、鋼結(jié)構(gòu)施工的特點(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)施工分為工廠加工和現(xiàn)場(chǎng)安裝兩部分（本篇針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝部分），鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)安裝施工的速度比較快，安裝作業(yè)者的大部分時(shí)間是暴露在露天高空作業(yè)面，整個(gè)施工（安裝）過(guò)程基本上處于上下交叉作業(yè)的環(huán)境中。作為重型鋼結(jié)構(gòu)施工安全防范的重點(diǎn)應(yīng)注意防止鋼構(gòu)件傾覆、高空墜落和物體打擊?，F(xiàn)就中鋼集團(tuán)西安重機(jī)有限公司易地搬遷項(xiàng)目主體鋼結(jié)構(gòu)施工階段安全防范工作要點(diǎn)作以淺要的探討，僅供鋼結(jié)構(gòu)施工（安裝）作業(yè)的同行們?cè)陬愃频氖┕ぷ鳂I(yè)中，在做好安全防護(hù)方面進(jìn)行參考。2、鋼結(jié)構(gòu)施工內(nèi)部外部安全防護(hù)措施：（1）鋼結(jié)構(gòu)施工內(nèi)部安全防護(hù)：由于本項(xiàng)目大部分鋼構(gòu)件高度較高，鋼結(jié)構(gòu)施工（安裝）一般每柱在工廠按照2-3段的高度制作，到現(xiàn)場(chǎng)拼裝，施工（安裝）速度較快，安裝操作人員大部分作業(yè)時(shí)間均在狹窄的主、次構(gòu)件上作業(yè)或行走，現(xiàn)場(chǎng)安裝的柱高最小高度為12米，最大高度將達(dá)到36米，按照高空作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2米為基點(diǎn)，它已超出高空作業(yè)安全防護(hù)要求，并且鋼構(gòu)件自重均較大，因此在安裝完每一軸線柱時(shí)應(yīng)保證每根柱均支撐穩(wěn)定，且拉有雙向風(fēng)繩。在柱間張掛雙層水平安全網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)，并在每安裝屋面梁、柱間支撐和行車梁等次構(gòu)件時(shí)增加一道水平安全防護(hù)繩，便于掛安全帶水平施工，水平安全防護(hù)網(wǎng)與高空作業(yè)人員的防護(hù)距離一般不超過(guò)10米。（2）構(gòu)筑物內(nèi)預(yù)留洞口、屋面洞口、樓梯臨邊防護(hù)：鋼結(jié)構(gòu)施工對(duì)洞口的防護(hù)要求較高，在結(jié)構(gòu)安裝階段，洞口一般隨內(nèi)部水平安全防護(hù)體系統(tǒng)一進(jìn)行即可，在進(jìn)入壓型鋼板鋪設(shè)階段，必須根據(jù)洞口的大小張掛水平安全網(wǎng)，水平安全網(wǎng)的張掛必須到邊，可使用鋼管做邊框架與梁進(jìn)行固定，但洞口的中心部位不得用鋼管做骨架，大的洞口可用6#鋼絲繩做經(jīng)繩串接。為防止高空掉物，需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的洞口進(jìn)行及時(shí)封閉，封閉材料應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求及防火功能。（3）鋼結(jié)構(gòu)吊裝前，組織預(yù)備會(huì)，對(duì)施工單位的施工方案、淺談鋼結(jié)構(gòu)施工安全防護(hù)要點(diǎn)臨邊安全防護(hù)：鋼結(jié)構(gòu)施工臨邊防護(hù)是整個(gè)安全防護(hù)中的重要防護(hù)工作之一，它不同于常規(guī)的臨邊防護(hù)，在鋪設(shè)壓型鋼板之前，必須設(shè)置兩道安全防護(hù)繩，防護(hù)繩的高度應(yīng)不低于1.2米，在鋪設(shè)壓型鋼板時(shí)臨邊防護(hù)應(yīng)同步設(shè)置為鋼管式安全防護(hù)欄，此時(shí)的防護(hù)欄一般可采取吊掛式方式，吊掛式臨邊防護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是搭設(shè)速度快。臨邊防護(hù)的高度應(yīng)在1.2-1.5m之間，但不得低于1.2米，上下兩道水平桿并刷紅、白兩色相間油漆表示禁止跨越，張掛密目式安全立網(wǎng)進(jìn)行封閉。3、柱、梁安裝時(shí)的安全措施：（1）操作爬梯的制作與安裝：在鋼柱起吊前必須安裝便于操作人員上下的爬梯，以便于摘鉤及安裝鋼梁時(shí)人員的上下。爬梯的安裝一般應(yīng)根據(jù)構(gòu)件的高度確定，對(duì)超過(guò)6米以上的鋼柱要對(duì)爬梯進(jìn)行綁扎固定。制作爬梯應(yīng)選擇螺紋鋼筋，禁止使用園筋。爬梯應(yīng)在鋼柱吊裝前進(jìn)行安裝，安裝時(shí)應(yīng)對(duì)掛爬梯的橫桿焊點(diǎn)以及爬梯每一步的焊點(diǎn)進(jìn)行檢查，防止焊口裂紋、脫焊導(dǎo)致使用過(guò)程中發(fā)生意外。操作平臺(tái)：操作平臺(tái)是保證梁、柱安裝操作人員進(jìn)行大型鋼構(gòu)件安裝、焊接的安全保證措施之一。①.操作平臺(tái)一般使用鋼管搭設(shè)，長(zhǎng)寬各2m，雙護(hù)欄桿高度不小于1.2m，搭至柱項(xiàng)，四周對(duì)稱，與梁、柱別抱緊固。②.次構(gòu)件安裝采用鋁合金掛籃，由操作人員在作業(yè)前掛在主梁上。（3）安全扶手繩子是指用作保證操作人員在主、次梁上進(jìn)行作業(yè)、行走時(shí)用手抓靠的安全防護(hù)繩，是鋼結(jié)構(gòu)施工中保證作業(yè)人員安全的重要措施之一。①.鋼柱與主梁連接處采用Ф10mm鋼絲繩作安全扶手繩子，次梁可采用Ф10mm白棕繩作為安全繩，安全繩固定好后應(yīng)在其繩子上每隔2米的間距拴一道紅色布帶，作為顯示標(biāo)志，提示操作人員在作業(yè)過(guò)程中及時(shí)將安全帶掛在扶手繩子上。②.鋼絲安全繩子必須牢固的綁在梁端柱子上，施工人員在鋼梁上行走時(shí)，必須將自身的安全帶套在扶手繩子上，以防墜落。安全繩子一般應(yīng)在鋼柱吊裝、與穩(wěn)定鋼柱安裝攬風(fēng)繩的同時(shí)將其安裝好，安全繩子綁扎的高度一般應(yīng)在1.2-1.5米之間，便于作業(yè)人員掛安全帶，同時(shí)作為操作人員在鋼梁上行走時(shí)作為安全扶手繩子使用，安全繩子的固定必須使用與鋼絲繩同一型號(hào)的U型卡子進(jìn)行固定。（4）防墜器的使用：為確保操作者在上下鋼柱時(shí)的人身安全，每根鋼柱安裝時(shí)都必須配備防墜器。安裝人員上下時(shí)，必須將安全帶掛在防墜器的掛鉤上，避免發(fā)生墜落事故。安全防墜器必須安裝在使用者的上部，即必須是高掛低用，禁止平掛或低掛高用。工具防墜鏈鋼結(jié)構(gòu)安裝作業(yè)人員所使用的各種手動(dòng)工具必須使用安全繩子與腰間的安全帶相連接或?qū)⒐ぞ叻缐嬄涞陌踩K子與扶手繩子相連接，防止手動(dòng)工具在使用時(shí)脫手墜落；對(duì)輕型或小型電動(dòng)工具也必須加設(shè)不同形式的防墜鏈和防滑脫掛鉤，防止工具墜落發(fā)生傷人事故。梁柱節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)1鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的基本特征在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的連接形式在計(jì)算模型中的確定是鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算、設(shè)計(jì)必須首先解決的問(wèn)題，其次要明確傳力途徑，然后才能將整個(gè)結(jié)構(gòu)受力模型簡(jiǎn)化出來(lái)用軟件進(jìn)行分析計(jì)算。按照傳力特征不同，節(jié)點(diǎn)分剛接、鉸接和半剛性連接。(1)鉸接連接節(jié)點(diǎn)，具有很大的柔性。鋼梁僅在腹板處采用高強(qiáng)螺栓連接，上、下翼緣無(wú)需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接。采用鉸接時(shí)構(gòu)造簡(jiǎn)單，使現(xiàn)場(chǎng)安裝程序大為簡(jiǎn)化，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量大大減小，現(xiàn)場(chǎng)安裝可以不受天氣及季節(jié)的影響，鋼結(jié)構(gòu)的安裝速度大大提高。但是，鉸接連接剛度和耗能性能差，對(duì)于結(jié)構(gòu)抗風(fēng)、抗震不利。(2)剛性連接節(jié)點(diǎn)，具有較高的強(qiáng)度和剛度。其特點(diǎn)是受力性能好，但構(gòu)造復(fù)雜，施工難度大。設(shè)計(jì)中梁柱節(jié)點(diǎn)一般是做剛接，這是由于梁柱節(jié)點(diǎn)承受的荷載一般較大而且還要抵御風(fēng)荷載和水平地震引起的位移。(3)半剛性連接節(jié)點(diǎn)，剛度和強(qiáng)度介于鉸接和剛接之間。我國(guó)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中沒(méi)有給出半剛性連接的具體計(jì)算和設(shè)計(jì)方案，而且節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度很難確定。這樣的節(jié)點(diǎn)形式在工程設(shè)計(jì)中一般很少采用。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中習(xí)慣的做法是把連接當(dāng)成理想剛接或者鉸接，這樣做能夠使計(jì)算大大簡(jiǎn)化，得到的計(jì)算結(jié)果必然與實(shí)際存在偏差。目前，主要通過(guò)采用調(diào)整系數(shù)來(lái)減少這種偏差。2鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的連接方法多層及高層鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)可采用焊接、高強(qiáng)螺栓連接、焊接和高強(qiáng)螺栓混合連接。2.1高強(qiáng)度螺栓連接多層及高層鋼結(jié)構(gòu)要承受風(fēng)荷載的反復(fù)作用和地震的往復(fù)作用，梁柱節(jié)點(diǎn)應(yīng)采用摩擦型高強(qiáng)度螺栓，不得采用承壓型螺栓連接。螺栓連接由于安裝簡(jiǎn)單迅速，便于維護(hù)和加固，目前已廣泛用于橋梁結(jié)構(gòu)、工業(yè)與民用建筑鋼結(jié)構(gòu)的連接中。2.2全焊型連接焊接連接時(shí)疲勞敏感，焊接結(jié)構(gòu)的低溫冷脆問(wèn)題比較突出，產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和變形，對(duì)結(jié)構(gòu)工作產(chǎn)生不利影響，除因受力復(fù)雜，接頭剛度大或施焊不便的安裝接頭不宜采用焊接外，可廣泛用于工業(yè)與民用建筑鋼結(jié)構(gòu)中。全焊型梁柱連接的優(yōu)點(diǎn)及施工時(shí)注意事項(xiàng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，全焊型梁柱連接的滯回性能好于栓焊型混合連接，具有較好的塑性變形能力。在全焊型梁柱連接中，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意選擇合適厚度的節(jié)點(diǎn)板。節(jié)點(diǎn)板太強(qiáng)，不僅浪費(fèi)材料，也不能充分利用節(jié)點(diǎn)域的變形能力耗散地震能量;相反節(jié)點(diǎn)板太弱的梁柱連接雖然能發(fā)展相當(dāng)大的塑性變形，但由于梁翼緣難以形成塑性，也限制了節(jié)點(diǎn)的耗能能力。同時(shí)，節(jié)點(diǎn)域的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)大會(huì)增加框架的水平位移，對(duì)框架的整體受力不利。在這種連接中，梁上、下蓋板邊緣加工后與柱采用對(duì)接焊縫連接，蓋板與梁的連接采用角焊縫，梁腹板與柱連接通過(guò)鋼板或角鋼而連在一起，鋼板或角鋼與梁腹板采用角焊縫連接，鋼板或角鋼與柱采用對(duì)接焊縫連接。在施工時(shí)應(yīng)保證對(duì)接焊縫的質(zhì)量，對(duì)接焊縫必須焊透，梁上、蓋板與柱對(duì)接焊縫的質(zhì)量對(duì)梁柱剛性連接的滯回性能有很大的影響。特別是焊縫與柱翼緣的連接面應(yīng)注意除油除漆，合理安排施工順序。下翼緣的焊接引弧板如果留在構(gòu)件上應(yīng)將其與柱焊接，最好跟梁翼緣也焊在一起，以減小對(duì)接焊縫未焊透對(duì)梁柱連接受力的不利影響。2.3摩擦型高強(qiáng)度螺栓與焊縫形成的混合連接(1)焊縫的破壞強(qiáng)度高于高強(qiáng)螺栓的強(qiáng)度，抗滑極限強(qiáng)度，其比值宜控制在1～3之間;(2)不能用于需要驗(yàn)算疲勞的連接中;(3)其施工順序，應(yīng)根據(jù)板件的厚度，施焊時(shí)能否采取反變形措施等具體條件分析決定，一般采用先栓后焊的方式，此時(shí)高強(qiáng)度螺栓的強(qiáng)度應(yīng)計(jì)算焊接影響，作一定的拆減;當(dāng)采用先焊后栓且板間又不夾緊時(shí)，宜采用大直徑螺栓，并需將螺栓的抗剪承載力設(shè)計(jì)值乘以拆減系數(shù);(4)在靜力荷載作用下，摩擦型高強(qiáng)度螺栓可以和側(cè)角焊縫共同作用。在直接承受動(dòng)荷載作用的連接中，則不能用這種連接，施工時(shí)一般采用先栓后焊的程序，并在設(shè)計(jì)中考慮溫度影響將高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力予以適當(dāng)拆減;(5)能共同工作的混合連接，其總承載力可按不同連接方式承載力的總和考慮。3鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)在工程中的應(yīng)用歐美及我國(guó)廣泛采用的梁柱剛性連接又可分為三類:(1)梁端與柱的連接全部采用焊接連接;(2)梁翼緣與柱的連接采用焊接連接，梁腹板與柱的連接采用摩擦型高強(qiáng)螺栓接;(3)梁端與柱的連接采用普通T形連接件的高強(qiáng)螺栓連接。在以上連接節(jié)點(diǎn)中，全焊連接型式是焊縫連接最充分的，不會(huì)產(chǎn)生滑移。從理論上講，良好的焊縫質(zhì)量和焊接構(gòu)造可以提供足夠的延性，但在實(shí)際施工過(guò)程中存在一定的困難，而且要求對(duì)焊縫進(jìn)行比較嚴(yán)格的探傷檢查。此外，焊接殘余應(yīng)力和殘余變形也給實(shí)際結(jié)構(gòu)帶來(lái)不利影響;高強(qiáng)螺栓連接施工比較方便，但存在接頭尺寸過(guò)大、鋼材消耗較多。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(guò)實(shí)驗(yàn)表明，其滯回曲線與全焊連接的滯回曲線接近，翼緣焊接對(duì)螺栓的預(yù)拉力有一定的影響，使螺栓預(yù)拉力降低，因此高強(qiáng)螺栓的實(shí)際應(yīng)力應(yīng)留有富余度。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)的應(yīng)力始終低于框架梁的應(yīng)力，以保證在結(jié)構(gòu)在罕遇地震時(shí)，處于高應(yīng)力下的框架梁可率先進(jìn)入塑性，發(fā)展成塑性鉸，使鋼結(jié)構(gòu)的良好延性得到充分發(fā)揮來(lái)消耗地震能量，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)晚于構(gòu)件破壞，即“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件”的設(shè)計(jì)思想。那么如何做到“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”設(shè)計(jì)原則呢?通?？刹捎盟苄糟q的粱端增強(qiáng)式連接(如節(jié)點(diǎn)加焊蓋板等)或在離粱端不遠(yuǎn)處將梁的上下翼緣進(jìn)行消弱的狗骨式連接。通過(guò)這些構(gòu)造措施，來(lái)增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的延性，確保在較大的地震作用下，塑性鉸出現(xiàn)在梁內(nèi)，不出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)破壞現(xiàn)象。4鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題(1)連接的設(shè)計(jì)應(yīng)與內(nèi)力分析的假定相一致。在結(jié)構(gòu)分析前，就應(yīng)該對(duì)連接節(jié)點(diǎn)的形式進(jìn)行充分的思考和分析，以保證最終設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)與結(jié)構(gòu)分析模型中使用的形式完全一致。(2)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造不應(yīng)太復(fù)雜。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要盡可能使工人能方便的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定位和安裝。此外，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮加工廠的工藝水平。(3)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)盡可能避免偏心連接，不能完全避免時(shí)應(yīng)考慮偏心連接對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。(4)傳力要直接、連續(xù)。各構(gòu)件之間受力要明確，盡可能避免應(yīng)力集中。(5)注意破壞順序控制。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)主要構(gòu)件的連接節(jié)點(diǎn)，避免在結(jié)構(gòu)重要受力構(gòu)件還處于彈性變形階段時(shí)，由于節(jié)點(diǎn)破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的倒塌。(6)注意構(gòu)造細(xì)節(jié)。使節(jié)