1、高等鋼結構原理節點分析習題作業系（所）：建筑工程系學 號：1432055姓 名：焦 聯 洪培養層次：專業碩士選做題目：第一題 2014年12月24日 011.0 梁柱節點如圖01 示。設梁柱鋼材均為Q345，hbbbtfbtwb =5002502012（h 表示截面全高，下標b 表示beam,f 表示flange，w表示web），hcbctfctwc = 4003502214（下標c 表示column）。不考慮梁端剪力對連接的影響。問：（1）設圖示連接中柱身未設加勁肋的情況。假定翼緣采用一級對接焊縫、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，梁端作用的彎矩設計值最大為多

2、少？（2）設在梁上下翼緣對應位置柱子有橫向加勁肋的情況。加勁肋厚度為20mm，寬度為120mm。倘梁端彎矩達到其截面全塑形彎矩，計算該節點承載能力是否滿足強度要求。（3）如腹板改為摩擦型高強度螺栓連接，試選擇螺栓級別、直徑、排列等。設梁端彎矩達到其在邊緣屈服彎矩值。 梁截面尺寸 柱截面尺寸(1) 對于母材為Q345鋼，一級對接焊縫的強度設計值為，角焊縫的強度設計值。翼緣采用一級對接焊縫、腹板雙面角焊縫，為保證該連接不失效，應以角焊縫的強度來作為控制強度(即角焊縫邊緣達到強度設計值連接失效)。考慮梁腹板兩側的開孔：由得帶入參數連接承載能力為：H形鋼柱受壓時的強度和穩定計算。由柱子腹板厚度控制，根

3、據鋼結構設計規范式有： 受拉時的強度計算，由柱子翼緣板厚度控制：帶入參數有：H形鋼柱受壓強度：，不滿足強度要求。通過反算可得粱受壓翼緣的最大應力為：穩定： ，滿足穩定要求。H形鋼柱受拉：不滿足強度要求。通過反算可得粱受拉翼緣的最大應力為：綜上所述M設計最大值取：（當不考慮腹板切口時連接的承載力）帶入參數連接承載能力為：所以腹板上開切口時連接的承載能力大于腹板完整時的承載能力。(2) H形鋼柱受壓時的強度和穩定計算。由柱子腹板厚度控制，根據鋼結構設計規范式有： 受拉時的強度計算，由柱子翼緣板厚度控制：帶入參數有：H形鋼柱受壓強度：，不滿足強度要求。穩定： ，滿足穩定要求。H形鋼柱受拉：不滿足強度

4、要求。綜上考慮在柱腹板與粱翼緣對應位置應該設置加勁肋：題中假設梁端彎矩達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應位置應該設置加勁肋后，在梁、柱連接處形成一個節點域。節點域的破壞形式：剪切屈服（變形）或失穩。柱身設加勁肋的節點，抗剪強度根據鋼結構設計規范規定：對于H型柱截面，節點域腹板的體積：腹板彈塑性局部穩定要求：帶入參數有：柱身設加勁肋的節點域抗剪強度：節點域抗剪強度不滿足要求。腹板彈塑性局部穩定：,腹板局部穩定滿足要求。討論：由于腹板的抗剪強度不滿足要求，所以采用在H柱的腹板兩側各加上一塊斜向加勁肋，根據GB500172003第7.4.3條第4款

5、的規定:“當采用斜加勁肋來提高節點域的抗剪承載力時,斜向加勁肋及其連接應能傳遞柱腹板所能承擔剪力之外的剪力”，將有斜加勁肋的節點域等效為一個“桁架+板”的計算模型,如下圖所示,其中桁架由節點域斜加勁肋與節點域邊界即柱翼緣和橫向加勁肋共同構成,板就是節點域的柱腹板。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成,水平弦桿由節點域橫向加勁肋構成,斜腹桿就是節點域的斜加勁肋,經過對計算數據進行總結,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。節點域承受的剪力由兩部分組成,一部分由桁架承擔，另一部分由腹板承擔。腹板承擔的剪力V2

6、與CECS102:2002,JGJ 9998和規范GB500172003中確定的無斜加勁肋節點域所能承受的剪力在形式上是一致的。一部分由梁、柱腹板區域承擔的剪力：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：斜向加勁肋屈服時的屈服荷載為：水平向的靜力平衡計算桁架分擔的剪力為：外荷載作用下梁端傳遞的剪力為： 滿足抗剪強度要求。另外將柱腹板看做一個受壓短柱研究其局部穩定： 研究梁的受壓翼緣處：假設柱受壓側腹板的局部承壓：腹板局部承壓的有效長度：面積為： 滿足要求。（3） 梁端翼緣邊緣達到其屈服荷載時，梁端彎矩值為： 剛梁的截面參數為：由于梁端邊緣纖維屈服時，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，具體彎矩按腹板和翼緣的剛度比來分配： 對腹板采用摩擦型高強度螺栓連接：螺栓選用10.9級的M22高強度螺栓，采用噴砂（丸）后吐無機富鋅漆（摩擦面的抗滑移系數），高強螺栓的預緊力，所以每個高強度螺栓的抗剪承載力設計值為： 對于摩擦型高強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，設計10個10.9級的M22高強度螺栓，布置情況如圖所示： 中距80mm介于與之間，即介于72mm與192mm之間，符合規范要求中心至構件邊緣距離40mm介于和之間，即36mm和96mm之間，符合

8、規范要求。 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。 梁柱連接節點的基本設計原則：節點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。在強震作用下節點能夠基于材料的延性，保證結構產生非彈性變形，即在梁內而不是在柱內產生塑性鉸，以消耗地震輸入的能量,使節點免于破壞，并保證結構的整體性使其免于倒塌，即“強柱弱梁、強節點弱桿件”的設計思想。目前栓焊連接應用較為普遍，工地安裝時,先用螺栓定位后對翼緣施焊,具有施工方便的優點。通過實驗表明，其滯回曲線與全焊連接的接近,但是,翼緣焊接對螺栓的預拉力有一定的影響，可使螺栓預拉力降低,

9、因此高強螺栓的實際應力應留有余度。 鋼結構梁柱節點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”。“先栓后焊”具體的施工工法為：腹板高強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：腹板高強螺栓的初擰梁上下翼緣板焊接腹板高強螺栓的終擰。鋼結構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高強螺栓應力松馳的不利影響，主張“先焊后栓”的施工工法。 1高鵬,王燕;某超高層鋼結構梁柱栓焊混合節點施工技術研究J.鋼結構,2008,6:566-570.2李惠琴;淺談底框抗震墻結構設計J.山西建筑，2011,37: