高等钢结构理论作业-节点.docx
高等钢结构理论作业
——节点设计局部
题目
01[1.0]梁柱节点如图01示。设梁柱钢材均为Q345,hb×bb×tfb×twb=500×250×20×12(h表示截面全高,下标b表示beam,f表示flange,w表示web),hc×bc×tfc×twc=400×350×22×14(下标c表示column)。不考虑梁端剪力对连接的影响。问:
设图示连接中柱身未设加劲肋的情况。假定翼缘采用一级对接焊缝、腹板采用焊脚尺寸hf=14mm的双面角焊缝。那么保证该连接不失效,梁端作用的弯矩设计值最大为多少?
设在梁上下翼缘对应位置柱子有横向加劲肋的情况。加劲肋厚度为20mm,宽度为120mm。倘梁端弯矩到达其截面全塑形弯矩,计算该节点承载能力是否满足强度要求。
如腹板改为摩擦型高强度螺栓连接(图02b),试选择螺栓级别、直径、排列等。设梁
端弯矩到达其在边缘屈服。
解
〔1〕
a.焊缝强度计算
将梁端弯矩化为翼缘板的一对拉力+压力，即腹板不分担弯矩。
M
M
N1
N2
图1简化分析图
计算梁上下翼缘的轴力：N=Mhb-tfb，
按照对接焊缝强度验算，焊缝与母材等强ftw=295MPa，，并假定焊缝采用引弧板进行焊接，那么焊缝的计算长度可取为250mm，焊缝宽度为20mm。对接焊缝的抗拉强度
σ=
计算可得弯矩设计值为：
M=N(
因此梁端弯矩最大值为708kN?m。〔由于忽略了腹板角焊缝的抗弯刚度，该计算结果偏平安。〕
b.柱腹板强度的验算
1受压翼缘对应的柱腹板厚度控制：
强度控制：
b
t
计算可得极限荷载：
N
M
稳定控制：
t
腹板厚度勉强满足受压稳定时的腹板厚度要求。
2受拉翼缘对应的柱翼缘厚度控制：
t
计算可得极限荷载：
N
M
综上所述，未设置加劲肋时，梁端的极限弯矩是由柱子腹板的强度控制的，即由柱腹板厚度控制，计算得到的最大弯矩设计值为Mmax
由于梁的极限弯矩Mb≈Abf,cfb×hb-tfb
〔2〕节点域计算
柱腹板处设置横向加劲肋后，腹板的抗压强度和稳定性能能得到满足，柱翼缘的抗拉性能也能得到改善，故只对加劲肋和柱翼缘构成的节点域进行抗剪验算,(f
梁的全截面塑性弯矩：
M
H形截面：
V
τ=
因此在梁端弯矩使梁到达全截面塑性时，节点域的抗剪强度无法满足要求。
弹塑性局部稳定：
t
故tw=14
综上所述，节点域不满足抗剪强度要求。应采用贴板等方法加强节点域的抗剪刚度。
所需板厚为：
?t=
应该在节点域贴厚度为34mm的钢板进行加强，或双侧17mm。
〔3〕高强螺栓连接设计
如腹板改为摩擦型高强度螺栓连接(图02b),试选择螺栓级别、直径、排列等。设梁
端弯矩到达其在边缘屈服。
梁端弯矩到达梁边缘屈服弯矩时：
M
翼缘承当弯矩和腹板承当弯矩由相应的惯性矩之比进行分配：
M
M
T
T
Mt
Mt
设计简图
腹板由高强度螺栓群抵抗弯矩〔收扭〕，对于单个高强螺栓那么由剪切控制。
计算单个摩擦型高强螺栓的抗剪强度，先选定为10.9级M20高强螺栓，两侧均有连接板，摩擦传里力面数目为2，查表可得预拉力P为155kN。接触面采用喷砂处理，摩擦抗滑移系数为0.5，那么：
N
螺栓布置需满足间距和端距要求：
M20对应的孔径大小d0=22mm，因此设螺栓间距为70mm，端距为35mm，即可满足构造的要求。
据此，布置两排共12个M20摩擦性高强螺栓，布置图如下:
35mmyi70mm
35mm
yi
70mm
T
T
420mm
420mm
连接
连接板
螺栓群布置图
验算最角区螺栓的抗剪承载力：
T
该布置方案满足抗剪强度的要求。