钢结构梁与梁的拼接连接节点设计研究

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翻新时间：2023-08-06

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钢结构梁与梁的拼接连接节点设计研究

【摘要】鉴于工程项目现场对钢结构部件施工安装的要求，同时为了保障钢结构的安全性、可靠性，合理选择梁与梁的拼接连接形式。本文针对梁的拼接连接节点中，翼缘和腹板都采用摩擦型高强度螺栓连接的形式进行了设计计算，对节点进行了总结归纳。还列举了工程中的项目实例。对钢结构设计具有重要的指导意义。

【关键词】拼接连接节点；全熔透坡口焊缝；高强度摩擦型螺栓；等强度设计

引言

钢结构设计中，梁与梁的拼接连接，主要是用于柱外带悬臂梁段与中间梁段的施工现场拼接，或大跨度梁中间区段的安装拼接。连接节点应受力明确，减少应力集中，避免材料三向受拉。节点连接设计应采用强连接弱构件的原则，不致因连接较弱而使结构破坏。节点构造，要考虑到安装施工时便于就位和调整。

多层及高层钢结构的连接节点，按其构造形式及其力学特性，可以分为铰接连接节点、刚性连接节点、半刚性连接节点。从连接形式和连接方法来看，在多层及高层钢结构中，主要是采用焊接连接和高强度螺栓连接。

对于常用的H形、工字钢截面梁的拼接连接节点中，当为刚性连接时，通常采用的连接方法有以下几种组合：

（1）翼缘和腹板都采用摩擦型高强度螺栓连接。

（2）翼缘采用完全焊透的坡口对接焊缝连接，而腹板采用摩擦型高强度螺栓连接。

（3）翼缘和腹板都采用完全焊透的坡口对接焊缝连接。

翼缘和腹板采用摩擦型高强度螺栓连接的设计计算方法有以下四种：

（1）等强度设计

（2）实用设计

（3）精确计算设计法

（4）常用的简化设计法

梁的轴向力，在一般情况下，相对于弯矩和剪力而言，其数值较小。因此，梁通常是按其承受的弯矩和剪力进行拼接连接设计的。梁的拼接连接节点，一般应设在内里较小的位置。当梁按接头处内力进行拼接设计时，可由翼缘承担弯矩，腹板承担剪力。按抗震设计时，梁的拼接节头应满足等强度要求。

等强度设计法是按被连接的梁翼缘和腹板的净截面面积的等强度条件来进行拼接连接的。主要计算步骤如下：

1、拼接连接计算

（1）梁单侧翼缘连接所需的高强度螺栓数目

式中：――梁单侧翼缘的净截面面积

f――钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值，查表可得

――一个摩擦型高强度螺栓的抗剪承载力设计值，查表可得

（2）梁腹板连接所需的高强度螺栓数目

式中：―― 腹板的净截面面积

fv――钢材的抗剪强度设计值，查表可得

梁翼缘的拼接连接，当采用高强度螺栓连接时，外侧拼接连接板的宽度可取与翼缘同宽，内侧连接板的厚度要比外侧连接板的厚度大。因此在决定连接板的尺寸时，应尽可能使连接板的重心与梁翼缘的重心相重合。

2、拼接连接板的校核

拼接连接节点应具有足够的强度，并保持梁刚度的连续性。拼接连接板应同时满足以下要求：

（1）净截面面积的校核，

式中：――梁单侧翼缘拼接连接板的净截面面积

――梁单侧翼缘的净截面面积

――梁腹板拼接连接板的净截面面积

――梁腹板的净截面面积

（2）刚性的校核

式中：――拼接连接板的的净截面抵抗矩

――梁的净截面模量

3、设计实例

采用上述计算方法，针对翼缘和腹板都采用摩擦型高强度螺栓连接的形式，总结归纳了常用型材的接头，如下所示：

4、工程实例

在项目工程中，考虑到连接节头的通用性，我们采用Tekla Structures软件对连接节头进行了参数化设计。对应不同规格的H型钢，对翼缘内外侧拼接连接板、腹板两侧拼接连接板、高强度摩擦型螺栓、螺栓间距、孔径、引弧板、焊缝等设置了相应的数值。形成了丰富的参数化图库。方便后续项目直接调用。为今后项目开展提供了便利条件。