钢结构设计的连接系数建议

1对连接设计的要求钢结构的连接主要有:梁柱连接,支撑与框架的连接,柱脚与基础的连接以及构件的拼接。现行国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011)第8·2·8条规定:“钢结构构件连接应按地震组合进行弹性设计,并应进行极限承载力验算”。弹性设计的目的,是防止高强度螺栓连接滑移,因为产生滑移就不符合弹性设计要求。2现行设计规定中的问题梁的γRE=0·75;梁翼缘焊缝γRE=0·9。它使梁的弯矩效应提高了1/0·75,使梁翼缘焊缝的承载效应提高了1/0·9,梁翼缘焊缝设计时要乘增大系数0·9÷0·75=1·2。而梁连接的极限受弯承载力计算时,Mp还要…     

《建筑抗震设计规范》在多高层钢结构房屋抗侧力构件连接构造规定中存在的安全问题

新颁布的《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)在"钢框架结构的抗震构造措施"中所推荐的框架梁与柱的现场连接和框架柱与梁悬臂段的连接,是属于弱连接构造而非强连接构造。分析了造成差错的根本原因,指出了规范中推荐的连接构造和采用的极限承载力计算公式均存在缺陷。用极限承载力计算方法验证了规范推荐的上述连接抗力不足,存在安全隐患。据此,提出了加强连接的构造做法及其相应的计算建议。     

钢结构抗震的探讨

本文探讨了目前钢结构抗震设计中存在的两个主要问题:其一是钢结构地震作用,由于多层和高层钢结构房屋被列入"建筑抗震设计规范"(GB9001-2001)中。没有考虑钢结构塑性好和弹性阶段阻尼比较小的特性,使得钢结构地震作用较大,偏高用钢量;其二是钢结构承载力抗震调整系数对梁和焊缝的规定与母材强度低于焊缝强度的实际而不符,本文对现在抗震规范作用的相关要求、"抗震动态与建筑工程理论设计原则"和UBC关于美国规范的地震波动作用进行了比较和分析,按照钢结构的承受能力将体系化分为四大类,在上述理论将体系调整系数引入,对结构的抗震作用,提出恰当意见,对梁柱刚性连接体系,从抗震设计角度分析,对设防烈度区分别建议了适合采用的连接形式,并给出了小震和大震下的设计验算公式。     

《高层民用建筑钢结构技术规程》修订纪要

我国《高层民用建筑钢结构技术规程》执行的是国家抗震规范的规定,按小震弹性设计选择截面。抗震框架设计均考虑强柱弱梁要求,支撑框架柱计算长度取1.0但控制支撑保持较低应力比,抗强震时对梁柱连接加强或采用RBS连接,柱连接板焊缝端部围焊,梁腹板用螺栓连接。上、下翼缘过焊孔取相同高度。梁柱连接的计算,将梁腹板连接划分为受弯区和受剪区。高强螺栓连接计算考虑多种破坏模式。构件连接系数对不同情况区别对待。对支撑框架和钢框架-混凝土核心筒的抗震设计,分别规定了不同的框架部分的剪力分担率。中心支撑长细比限值对Q235取120。节点域强度计算在考虑框架柱的剪力和轴力时仍采用近似方法。     

半刚性连接钢框架基于极限状态的抗震设计

简述了CECS 260∶2009《端板式半刚性连接钢结构技术规程》中关于半刚性连接钢框架在水平地震作用下的设计流程,其主要以结构处于极限状态下承载力验算为主,为了更好地使验算内容与极限状态相适应,基于塑性设计的研究成果,提出改进的半刚性连接钢框架抗震设计方法:基于极限状态的抗震设计方法。通过提出的侧移承载力修正系数计算结构极限状态下的基底剪力,确定结构极限状态下地震作用沿层高的分布,最后对半刚性连接节点以及梁柱进行设计。采用此方法对1榀6层半刚性连接钢框架结构进行设计,然后采用动力时程分析方法验证了该方法的可行性。     

钢结构民居关键节点设计

主要介绍施甸县摆榔民居布朗族整乡推进整乡帮扶尖山安置点民居的设计过程,针对钢框架支撑体系和当地建筑墙体材料及屋面材料而配套研究了梁柱节点做法、墙体与钢柱钢梁连接做法、防火做法、支撑体系节点做法。支撑体系作为整个结构中关键部品,通过楼板将支撑体系、框架柱、框架梁连成一个抗侧力、抗竖向荷载的轻型框架支撑结构,支撑在其中承担绝大部分侧力,支撑采用了对称单拉杆体系,满足受拉构件长细比要求。设计了新型支撑与柱连接节点,并建立有限元模型分析其力学性能,结构受力节点满足"强节点弱构件"要求。设计新型的当地墙体和钢梁钢柱连接节点,严格控制柱截面宽度和梁截面宽度,满足连接节点耐久性要求,防止墙体与钢柱或钢梁连接位置开裂。     

论高强度螺栓连接的分类和抗拉连接的计算

高强度螺栓连接分为摩擦型和承压型两类,是依照受剪螺栓连接的两种不同极限状态划分的。《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)(简称03规范)不恰当地把受拉螺栓连接也纳入这两种分类,造成混乱。对此进行讨论,并提出改变分类的建议。受拉螺栓连接中螺栓通常要承受撬力。03规范不直接计算撬力,而是采用降低螺栓抗拉承载力设计值的方法,计算不够精确。《钢结构高强度螺栓连接技术规程》(JGJ 82-2011)虽然给出撬力计算方法,但存在值得商榷之处。在分析的基础上推出撬力的简化计算公式,并提出梁、柱之间抗弯连接的计算方法。最后,还提出了提高高强度螺栓抗拉承载力设计值的建议。     

外包式钢柱脚设计方法研究及其在加建改造中的应用北大核心

目前国内规范对于外包式钢柱脚的设计计算原则、设计计算方法还存在矛盾和不足。依据强连接弱构件的基本抗震原理要求,采用二阶段设计原则,并利用混凝土结构、钢结构等构件承载力设计计算原理和方法,以及现有的试验结果,提出了一套较完整、合理、可行的外包式钢柱脚的设计计算方法及公式。以该设计方法和公式,在实际加建工程中设计应用,获得了较大的经济利益。同时,外包式钢柱脚的受力机理、钢柱偏置等等问题仍有待后续研究。     

单面角焊缝连接的H形钢构件抗剪极限承载力

报告了 1 2个试件的抗剪极限承载力试验。试验结果表明 ,在单调静力荷载条件下 ,单面连接角焊缝有良好的承载和变形性能 ,对H形截面钢构件腹板剪切失稳后的极限承载力的不利影响很小 ,可以按照钢结构设计规范有关规定计算腹板抗剪极限承载力。     

莺脰湖内湖小茶室钢-木组合结构设计

莺脰湖内湖小茶室主体为单层建筑,屋脊高度6.6m,檐口高度5.05m,采用钢-木组合结构体系,内围由10根悬臂钢柱构成结构抗侧力系统,外围40根胶合木柱为重力柱,屋面水平构件均采用胶合木梁。钢-木组合结构设计不同于钢结构或木结构,参考欧洲标准BS EN 1998-1∶2004的结构性能系数确定了本结构的地震作用计算参数,同时对钢构件与木构件的连接节点转动刚度进行了计算分析,采用MIDAS Gen软件对结构的整体指标进行了计算,结合《胶合木结构技术规范》(GB/T 50708—2012)和《钢结构设计标准》(GB 50017—2017),对胶合木构件按非火灾与火灾两种承载力极限状态及对抗侧力钢柱按非火灾承载力极限状态分别进行了设计,分析结果表明结构安全可靠。本文的计算设计方法可供类似钢-木组合结构参考。     

高强钢芯筒-螺栓连接钢管柱框架节点抗震性能试验研究

为解决现有单边螺栓容易拔出、钢管柱壁板撕裂等锚固不足问题,提出高强钢板-螺栓组合连接副,用于钢管柱框架节点。为研究该类节点的抗震性能和破坏模式,设计4个足尺比例的高强钢芯筒-螺栓连接钢管柱框架节点试件,变化参数为螺栓规格和钢梁端板厚度,分别进行单调加载静力试验和循环加载拟静力试验,考察节点破坏模式、转动能力、连接系数、耗能能力及螺栓拉力。研究表明:M20-20、M24-25两种钢板螺栓组合连接节点可达到抗震规范的节点承载力连接系数限值要求,为半刚性节点;单调和循环两种加载方式下节点的破坏模式相近,节点域应变和变形都较小,对节点转动角度影响可以忽略;循环加载下节点的破坏位移明显较单调加载的小,梁端受弯承载力略有提高,芯筒端部钢管柱应变显著增长,M24-25节点的耗能能力较M20-20的高约10%;循环荷载作用下的螺栓最大实测拉力大于单调荷载作用下的螺栓最大拉力,组合连接副承载力的设计方法有待进一步研究。     

一种可更换消能摇摆钢柱柱脚节点性能研究

介绍一种适用于双肢消能摇摆钢柱的可更换铰接柱脚节点构造及其静力试验研究.双肢消能摇摆柱是一种由两个钢柱肢及连接两柱肢的软钢系杆构成的结构构件,能够有效控制结构在地震作用下的侧向变形模式防止发生"薄弱层"破坏,并利用软钢系杆屈服耗能,进而提升结构整体的抗震能力.所提出的柱脚节点具有转动及抗拔能力,防止柱脚在侧向作用下产生...     

箱形节点域工字形柱弱轴盖板加强连接的设计方法

为了实现“高延性-高弹性承载力”的抗震设计思路和推广盖板加强型连接在工字形柱钢框架中的应用,提出了一种适用于箱形节点域工字形柱弱轴盖板加强连接的设计方法和设计步骤。通过一个多层钢框架工程实例的设计,验证了所提盖板加强型连接设计方法的可靠性。采用ABAQUS有限元软件对实际工程的内框架十字形节点在循环荷载作用下的力学性能进行分析,研究了节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性系数和耗能能力。结果表明:新型箱形节点域工字形柱弱轴盖板加强连接的设计方法合理、可靠,应用该方法设计的工字形柱弱轴连接节点能够实现梁上“塑性铰”外移,节点具有较强的塑性变形能力和耗能能力,能够满足抗震规范中“强柱弱梁”和“强节点弱构件”的抗震设计理念。     

高强度钢材疲劳性能研究进展

疲劳破坏是钢结构失效的主要形式,也是工程界与学术界关注的重点。在总结了国内外高强钢母材、焊缝连接和螺栓连接的疲劳性能研究现状基础上,介绍了疲劳寿命理论计算方法,结合大量试验数据分析统计了高强度钢材疲劳寿命发展规律,并基于国内外不同的疲劳设计规范对高强钢母材及连接接头的抗疲劳能力进行了评估。结果表明：随着钢材强度等级的提高,高强钢母材表现出较好的疲劳性能,规范设计曲线偏于保守,明显低估了高强钢母材的抗疲劳性能;受焊接工艺和焊接质量影响,高强钢焊缝连接的疲劳强度提高幅度较小,ANSI/AISC 360-10和EN 1993-1-9规范曲线能够较好地评估Q460D与Q690D焊缝连接的疲劳特性,并具有足够的安全储备;螺栓连接的疲劳强度受预紧力、摩擦面处理、成孔方式等众多因素影响,已有研究表明随着钢材强度的提高,疲劳强度亦有改善,ANSI/AISC 360-10和BS 7608-2014设计曲线适用于Q460螺栓连接疲劳寿命计算,具有足够安全保障,对于Q690钢螺栓连接疲劳性能评估,规范方法偏于保守。随着高强度钢材在实际工程中的应用增多,需开展大量不同等级高强钢母材和连接形式的疲劳试验,补充Q460及以上强度钢材的疲劳设计方法和细部连接构造。     

Q690高强钢外伸端板加劲螺栓连接节点抗震性能试验研究

为研究高强钢外伸端板加劲螺栓连接节点的抗震性能和设计方法,基于EC3规范组件法和同步塑性设计理念,设计了3种不同屈服机制的Q690高强钢外伸端板加劲螺栓连接节点,通过循环加载试验研究了节点的破坏模式、刚度和承载力、耗能能力以及应变分布规律等,进一步验证了节点能力设计计算模型的有效性.研究结果表明:高强钢外伸端板加劲螺栓...     

钢板焊接连接的带水平接缝装配式RC剪力墙抗震性能试验研究

为了研究采用钢板焊接连接的带水平接缝预制装配式钢筋混凝土剪力墙的抗震性能,设计了4个装配式钢筋混凝土剪力墙足尺试件并进行低周往复水平荷载试验,研究参数包括连接钢板厚度、侧向钢板设置和轴压比。结果表明：各试件均为压弯破坏,水平承载力在186~288kN之间,极限位移在25.74~29.37mm之间,滞回曲线为饱满的弓形,延性和耗能能力较好,刚度退化较慢;在连接钢板满足强度要求前提下,增大连接钢板厚度、增加侧向钢板对剪力墙的延性、刚度、承载能力和耗能能力影响较小;提高轴压比可以明显提高装配式剪力墙的刚度和承载能力,但会降低其耗能能力。采用ABAQUS有限元软件对装配式剪力墙抗震性能进行分析,所建立的有限元模型可以较好地模拟装配式剪力墙的受力性能。通过对比采用规范公式计算的承载力与试验承载力,表明可以采用JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》中的公式计算文中装配式剪力墙的承载力,并给出了连接钢板的计算方法。     

高层建筑混合结构钢梁与混凝土墙节点低周反复加载试验研究

为研究高层建筑混合结构钢梁与混凝土墙连接节点的性能,本文进行了3个足尺钢梁-混凝土墙节点试件试验研究。通过对钢梁施加恒定剪力与反复轴力,模拟重力与地震作用的影响,研究了解高层建筑混合结构钢梁与混凝土墙节点在地震作用下的破坏机理、破坏形态和极限承载力等特性。试验表明,按现行规范规定的锚固长度,可使节点的锚筋强度充分发挥,但反复荷载作用会使锚筋强度降低,而节点的承载力可按强度理论同时考虑重力引起的剪力和弯矩及地震引起的轴力确定。     

冷弯薄壁方钢管梁柱节点抗震性能试验研究

冷弯薄壁钢管结构房屋施工速度快,适合在抗震设防烈度高的地区及震后重建中使用。因管壁较薄,梁柱节点连接方式及其力学性能还需进一步研究。依据"强柱弱梁,强节点弱杆件"的抗震设计思想,按照控制塑性铰位置的思路,在梁端加设加腋板;依据减少反复焊接次数可降低节点脆断的性能,采用纵向梁焊接于横向梁方式减少对柱施焊次数。共开展三种类型12个节点在不同轴压比下的低周往复加载试验,探讨节点滞回耗能和承载力等力学性能,结果表明:①普通焊接节点破坏前所经历循环次数较少,节点部位焊缝及附近板件发生断裂;②加腋节点极限承载力比普通焊接节点提高很多,耗能能力也较强,破坏时加腋端梁截面局部屈曲,屈曲点位于节点核心区外;③分散焊缝连接节点所经过加载循环次数较多,屈服后累计耗能能力较强,破坏时C形钢腹板局部屈曲,节点发生延性破坏;④轴压比对普通焊接节点和加腋节点的滞回性能、承载力及刚度退化影响较大,但对分散焊缝连接节点影响较小。     

自复位装配式钢-混凝土混合框架节点抗震性能试验研究

结合装配式梁、柱构件螺栓连接施工便捷的特性与后张预应力筋预压连接的抗震性能优势,提出一种自复位装配式钢-混凝土混合结构框架节点,该节点由钢筋混凝土柱和钢-混凝土混合梁通过高强螺栓拼装而成,主要通过后张梁内的无黏结预应力筋提供复位力,并通过摩擦耗能装置与钢梁段塑性变形进行耗能。共完成了5个边节点的低周往复加载试验,分别研究了混合梁内预应力筋的初始预拉力与摩擦装置中高强螺栓的初始预紧力对该节点承载能力、抗震性能、耗能能力和复位能力的影响。研究结果表明：试件表现出明显的两阶段滞回特性,第一阶段为钢梁段屈服前,混凝土梁与钢梁段接触面呈现出持续开合复位机制,滞回曲线呈现明显双旗形,复位效果明显;第二阶段为钢梁段屈服后,随着荷载增大,钢梁的塑性变形逐渐增大,滞回曲线趋于饱满,试件耗能能力显著增加。试件的峰值荷载、延性系数和累积耗能值随摩擦装置中高强螺栓的初始扭矩增大而增大,峰值荷载和复位能力随梁内预应力筋的初始预拉力增大而增大。在整个试验过程中,各试件梁、柱主体构件损伤不明显,基本实现震后可恢复。