钢管结构内置式刚性连接节点理论分析.pdf

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1、浙江建筑，第29卷，第8期，2012年8月ZhejiangConstruction，Vo1．29，No．8，Aug．2012钢管结构内置式刚性连接节点理论分析TheoreticalAnalysisofBuilt—inRigidConnectionJointforSteelTubeStructure朱罗军，王生宏，金海，费建伟ZHULuo-jun。WANGSheng—hong，jlNHai，FEIJian—wei(杭州恒达钢构股份有限公司，浙江杭州311223)摘要：大跨度空间钢管结构利用内置式刚性连接节点，实现了在钢管内部采用高强螺栓装配式

2、连接形成刚性节点；与传统的内衬钢管现场焊接或法兰盘连接相比，焊缝质量易于保证，桁架整体流线美观，受力均匀，节点与构造安全、合理。并通过计算推导给出在节点受压时的十字钢板厚度计算公式。关键词：大跨度；空间钢管桁架；内置式刚性连接节点；高强螺栓中图分类号：TU31文献标志码：B文章编号：1008—3707(2012)08—0028—032钢构结构内置式刚性节点轴心抗拉、抗1概况压、抗扭的理论分析国际《空间结构》杂志主编马考夫斯基曾表述：选常用规格~b180mm×6．0mm无缝钢管作为“30年前，空间结构还被认为是一种有兴趣但仍属分析构件，材质Q

3、235B，1／4扇十字板的宽度取最小宽陌生的非传统结构，然而今天已经被全世界广泛接度94mm，夹板的宽度取60mm，1／4扇十字板单边为受。”大跨度空间结构在近20年来发展迅速、方10．9S摩擦型高强度螺栓为3个，螺栓开孔为螺栓直兴未艾，而大型公共建筑一直是空间钢结构的主要径(d+2)mm，取十字板的1／4扇作为分析内容，因生长点。大跨度钢管桁架的连接节点，是诸多钢结构造上是对称结构，按均匀受力分析，十字连接节点构文献中主要研究方向之一，其中较实用、新型的连与钢管等强连接。假定的节点分析模型见图1。接节点为：主、次管u型插板连接，法兰盘对接

4、连接，以及传统的内衬钢管现场焊接连接等。管与管的现场高空拼接节点，沿用了传统的内衬钢管现场焊接连接或法兰盘连接方式，而这类连接节点焊接效率低，对接焊缝高空衔接质量不能有效保证，而且高空作业难度大，施工费用高，连接处应力容易集中，还存在桁架整体外形不美观等诸多缺点。内置式刚性连接节点是通过高强螺栓、十字型连接板、夹板等构造，从而实现了减少现场劳动强度，保证节点施工质量，同时具有外形美观等优点，且适用于工业!：12-2化批量生产。图1内置刚性节点示意图收稿日期：2012—05一O7作者简介：朱罗军(1983一)，男，浙江富阳人，工程师，从事钢结

5、构设计工作。第8期朱罗军等：钢管结构内置式刚性连接节点理论分析29(6)1／4扇夹板毛截面抗拉承载力计算：按照《钢结构设计规范(GB50017-2003)》由=N≤得第5．1．1条、7．2．2条、7．1．2条规定进行节点的受拉计算。’×10，。，2．1．1节点抗拉承载力、高强度螺栓、十字板、夹板A≥孚0计算此类计算包括下述五种。A≥b×f得≥：6．8mm，取十字板厚为(1)1／4扇无缝钢管抗拉承载力计算：由=N≤厂得8mm。计算结果表明：夹板的应力由净截面计算起主Ⅳ=fA=215×7盯-×(180一168)=705162N，要控制，取夹板厚

6、度为10mm，满足要求。2．1．2节点焊缝连接计算十字型钢板与圆钢管即=l76．3kN。焊缝连接采用坡口对接融透焊接，焊缝高度取管壁(2)1／4扇高强度螺栓抗剪连接强度计算：厚度8mm，构件是轴心受压或轴心受拉，受力方向由=0．9nf1．tP得与焊缝长度方向平行，焊缝实际受力形式为受剪，取N=3×(0．9×2‘×0焊缝抗剪强度设计值为=125N／mm，确定焊缝．45×P1)≥176．3kN，即P1≥73kN计算长度。N选用M16，10．9S级高强度螺栓，P=100kN≥盯=≤≥==Pl=73kN。88．15mm，当施焊不采用引弧板时，焊缝长

7、度应加(3)1／4扇十字板净截面抗拉承载力计算：2t，因此实际焊缝长度应取Z=88．15+2×8=由：(1—0．5)≤，得104．15mm，取110mm。2．2节点轴心受压计算176．3×1o00×(1一o．5×÷)内置刚性连接节点上下段为钢管，节点连接段A≥—————————————=684mm2n为十字板截面，在轴心受压条件下，钢管的失稳破坏A≥6×t得t≥=9．0mm，取十字板形式为弯曲失稳，十字形构件的失稳形式为扭转失稳；要求钢管弯曲失稳破坏先于十字形构件扭转失厚为10mm。稳破坏，达到节点的安全性设计要求。(4)1／4扇十字板毛截

8、面抗拉承载力计算：假设构件计算长度为Z，材料弹性模量为E，剪切由：N≤厂得模量为G，扇形惯性矩为L，抗扭惯性矩为。在已知钢管构件直径D，壁厚6，十字板长度为D+20，计A≥孚=-