第一篇：探析H型鋼梁與RHS柱半岡Ⅱ性連接節(jié)點的性能.

探析H型鋼梁與RHS柱半岡Ⅱ性連接節(jié)點的性能

l引言

雖然將鋼結構框架梁柱連接節(jié)點假定為完全剛性節(jié)點或理想鉸接節(jié)點均可以使分析和設計的過程大大簡化，但在實際結構中的連接節(jié)點并非是單純的剛接節(jié)點或鉸接節(jié)點，而是存在于兩種狀態(tài)之間具有一定剛度的半剛性節(jié)點。將梁柱節(jié)點有意設計成半剛性節(jié)點，還可以減小現(xiàn)場焊接數(shù)量，提高施工進度，克服剛性節(jié)點容易發(fā)生焊縫斷裂破壞、鋼材延性不能得到充分發(fā)揮的弊端。H型鋼梁與H型鋼柱的端板栓接節(jié)點就是已被深入研究、正在走向應用的一種半剛性連接節(jié)點。

鋼框架半剛性連接節(jié)點的變形可以用梁的平面內作用彎矩引起的梁柱軸線間的相對轉角來表示。梁柱之間的相對轉角不僅會改變梁與柱之間的彎矩分布，還會增加結構側向位移、加劇p-A效應并進而影響整個結構的穩(wěn)定性，所以應給予充分的估計。

研究鋼結構框架梁柱半剛性連接節(jié)點的工作性能，提出適合切實可行的半剛性節(jié)點設計方法，有助于建筑結構分析與設計的發(fā)展。2H型鋼梁與RHS柱的端板栓接節(jié)點研究現(xiàn)狀

在框架結構中，鋼梁一般都采用H型鋼，鋼柱大多也采用H型鋼，很少采用鋼管，主要原因是后者梁柱節(jié)點連接比較困難。但是鋼管柱框架的經濟性比采用H型鋼柱的好得多，尤其在住宅建筑中，采用矩形鋼管柱(簡稱“RHS柱”)不僅可以減少用鋼量，而且便于構建美觀的室內環(huán)境。研究H型鋼梁與RHS柱的連接節(jié)點，有很強的實用意義。

20世紀90年代開始，隨著Huck的“超扭暗螺栓…”和Lindapter的“快速管心】，’等單邊螺栓系統(tǒng)的出現(xiàn)(如圖1a所示)，H型鋼梁與矩形鋼管柱的端板連接形式成為可能(如圖1b所示)；將JanClaudedeValliere的熱塑鉆嵋1(Flowdrill)方法(圖lc)應用于H型鋼梁與RHS柱的端板栓接，又使這種連接形式變得簡單而快捷。然而，到目前為止，H型鋼梁與RHS柱的端板栓接節(jié)點還是一種新型的半剛性連接節(jié)點，其工作性能如何還有待仔細研究。3H型梁與RHS柱端板栓接節(jié)點試驗研究

本文結合我國目前的施工工藝，提出了一種端板連接形式，并對這種連接形式的節(jié)點進行了單調靜力加載和低周反復加載試驗，將其與焊接節(jié)點進行對比分析，得到其彎矩～轉角關系，進而對其抗震性能進行初步的研究。與國外的端板連接不同之處在于，這種連接所用螺栓為常用的高強度螺栓，螺栓通過柱壁上絲扣的咬合力和摩擦力將力傳遞到柱壁，而不采用快速管或熱塑鉆等方法。3．1試件的設計

試件采用取自多層框架結構在水平荷載作用下梁柱反彎點之間的典型節(jié)點(邊柱節(jié)點和中柱節(jié)點)的足尺模型，其名稱及主要參數(shù)詳見表l。

試件均采用常用材質和規(guī)格，鋼材等級為Q345B，梁、柱鋼材規(guī)格分別為I-1250×150X6X8和口250X150X8。梁長1700mm，柱長1800mm。試件示意圖詳見圖2。

經有限元分析發(fā)現(xiàn)，端板厚度和柱壁厚度以及螺栓抗拉剛度是影響節(jié)點剛度的主要因素。當端板厚度和柱壁厚度(采用襯管對節(jié)點域進行加強的則為柱壁厚度與襯管厚度之和)增加到梁翼緣厚度的2倍以上之后，節(jié)點承載力的增幅已趨于微小，故試件中的端板厚度和帶襯管的柱壁厚度都取為梁翼緣厚度的2．5倍，即為20rnm。為確保單個螺栓的抗拉剛度，螺栓仍像H型鋼梁與H型鋼柱端板栓接節(jié)點一樣采用高強度螺栓，不過只是適量施加預拉力。

梁柱連接處梁截面所能承受的最大彎矩為肘=114．7kNm，可由此計算出梁懸臂端的屈服荷載，．=71．7kN，極限荷載F。=1．2F=86．02kN。在屈服荷載作用下梁懸臂端的撓度為34．3mm，在塑性狀態(tài)下為67mm，考慮到材料的強化及試驗誤差，將該值擴大為2．5倍，得到破壞時梁懸臂端的撓度約為167ram，據此選擇千斤頂和位移計的量程。

由于節(jié)點取自結構的反彎點處，故柱的兩端可用鉸接支座。為模擬節(jié)點的實際受力情況，在柱上端采用量程為100t的千斤頂對其施加軸力。反復加載試驗時，采用一臺油泵同時控制兩臺量程為50t的千斤頂，每臺千斤頂上放置一個量程為20t的壓力傳感器以控制施加的荷載的大小。試驗加載裝置如圖3所示。

3．2試驗加載方式

(1)單調靜力加載試驗加載時，柱子上保持800kN的軸力不變。屈服前荷載等級為15kN，屈服后改為5kN直到破壞；

(2)低周反復加栽試驗加載時，先在柱子施加軸向荷載800kN。梁兩端同時施加等值反向荷載，開始預加反復荷載二次。其目的在于檢驗各試驗設備是否正常工作以及節(jié)點連接情況。試驗開始時采用荷載控制，分級荷載差值為20kN，接近屈服時為每級10kN，每級荷載循環(huán)三次，屈服后采用位移控制，位移差值為屈服位移，每級位移循環(huán)三次。3．3試驗結果與分析

通過上述試驗得到梁懸臂端的極限荷載P。梁中點處的極限撓度△。梁柱連接處梁截面的極限彎矩膨。、極限轉角口。以及節(jié)點的初始轉動剛度尺。和節(jié)點的破壞形式，各試件的試驗結果匯總于表2。各試件的彎矩。轉角(骨架)曲線圖如圖4所示。

4試驗結果分析與結論

(1)H型鋼梁與RHS柱的端板栓接節(jié)點制作時端板、柱壁和襯管上的螺孔必須同時精確定位；安裝時螺栓的預緊力尚宜結合試驗確定(預緊力過大可能導致絲扣發(fā)生塑性變形或被磨平)。本文在試驗過程中沒有發(fā)現(xiàn)有螺栓被拔出的現(xiàn)象，說明H型鋼梁與RHS柱的端板栓接是可行的。

(2)采用外襯管與采用內襯管對節(jié)點域進行加強的效果(承載能力、初始轉動剛度等)基本相當。在實際加工中，采用內襯鋼管不僅施工復雜而且不宜對其的焊接質量進行檢查，若采用外襯鋼管，則施工比較方便可靠，有時柱子也不必斷開。

(3)H型鋼梁與RHS柱端板栓接節(jié)點試件5(DHR．D18一BPl2一D20)由于發(fā)生整體失穩(wěn)較早破壞，故其承載能力較小。其它兩個端板栓接節(jié)點(試件1SHR—EBPl2．D20和試件4DHR．BPl2．D20)的承載能力大致相等，約為焊接連接節(jié)點的85％。

(4)H型鋼梁與RHS柱端板栓接節(jié)點的初始轉動剛度約為1．0×104kN?m／tad，比焊接連接節(jié)點的小得多，比H型鋼梁與H型鋼柱端板栓接節(jié)點的初 始轉動剛度略小(如西安科技大學郭兵得到的試驗結果為(1．13～1．75)×104kN?m／tadDl)。節(jié)點破壞時焊接連接節(jié)點的塑性轉角均未達到美國FEMA．971171(FederalEmergenceManagementAgency)要求的O．03rad，而端板栓接節(jié)點的塑性轉角都超過0．03rad，說明端板栓接節(jié)點的轉動能力大于焊接連接節(jié)點。

(5)對比試件4(DHR．BPl2．D20)和試件6(DHR．DI．VP)的滯回曲線(圖5)，發(fā)現(xiàn)端板栓接的節(jié)點的滯回曲線比焊接連接的飽滿

(7)在焊接連接節(jié)點中，發(fā)生的破壞主要是焊縫破壞，致使這類節(jié)點不能充分發(fā)揮作用，由此說明焊接工藝及施工水平對焊接節(jié)點性能影響較大。5H型鋼梁與RHS柱端板栓接節(jié)點的有限元分析

采用非線性有限元對各種參數(shù)進行了分析，以了解影響端板栓接節(jié)點性能的主要因素，為進行節(jié)點性能的理論分析提供依據，并找到提高節(jié)點性能的方法。這些參數(shù)為端板厚度t。、外襯管(內襯管)厚度t”螺栓相對梁翼緣間距g、螺栓相對梁腹板間距P以及梁截面尺寸、柱截面尺寸、柱長細比及柱軸壓比等。計算中，柱、梁、端板及加勁板的材料特性定為相同，螺栓直徑為20mm。端板厚度、內襯管厚度對剛度和承載力的影響程度分別如表3、4所示；梁柱截面尺寸對節(jié)點初始剛度的影響程度如表5所示；螺栓橫向、豎向間距對剛度和承載力的影響程度分別如表6、7所示；柱軸壓比、梁柱剛度比對初始剛度的影響程度分別如圖7、8所示。

從所列表格和圖形可以看出，影響節(jié)點剛度的

主要因素為端板厚度、內襯管厚度：梁柱截面尺寸及螺栓間距，它們的影響情況歸納如下：

(1)隨著端板厚度的增加，節(jié)點的初始剛度增大，增加的趨勢由快到慢，但節(jié)點的延性減??；

(2)隨著內襯管厚度的增加，節(jié)點的初始剛度增大，但節(jié)點延性變化不是很明顯；

(3)隨著梁柱剛度比的增加，節(jié)點的剛度增大；

(4)適當增大螺栓橫向間距，減小螺栓豎向間距可以提高節(jié)點的初始剛度。6結論

H型鋼梁與RHS柱端板栓接節(jié)點是一種新型而可行的半剛性連接節(jié)點。本文采用內襯管和外襯管對節(jié)點域進行加強的端板栓接節(jié)點，承載能力都在焊接節(jié)點的85％左右，它們的轉動能力都明顯大于焊接節(jié)點，抗震性能也明顯優(yōu)于焊接節(jié)點。H型鋼梁與RHs柱端板栓接節(jié)點特別適宜在有抗震設防要求的住宅鋼結構中推廣使用。但這種節(jié)點制作時加工的技術要求較高，且安裝時螺栓的預緊力尚宜結合試驗確定 [參考文獻] [1]施剛．多層鋼框架半剛性端板連接的試驗研究[J]．清華大學學報(自然科學版)，2004，44(3)．

[2]J．沃登尼爾．鋼管截面的結構應用[M]．同濟大學出版社，2004。133—134．

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[5]王燕．鋼框架粱柱半剛性節(jié)點在循環(huán)荷載作用下的試驗研究[JJ．工業(yè)建筑，2001，35(12)．

第二篇：鋼骨柱與混凝土梁連接節(jié)點分析論文

鋼骨柱與混凝土梁、柱連接節(jié)點分析

張迎松，賈彥學，汪小偉，劉斌

（中國建筑第八工程局有限公司，上海，200125）

摘要：以山東黃金時代廣場西地塊A座（主樓）項目為背景，對比分析鋼骨柱與混凝土梁、柱連接節(jié)點并介紹其施工工藝。關鍵詞：鋼骨柱；節(jié)點；深化；控制；施工工藝

Analysis of joint between steel column and concrete beam and column Zhang Yingsong,Jia Yanxue,Wang Xiaowei,Liu Bin(China Construction Eighth Engineering Bureau Ltd，Shanghai，200125，China)Abstract: Taking the A block(main building)of the west block of the golden age square in Shandong as the background, the connections between the steel column and the concrete beam and column are compared and the construction technology is introduced.Keywords: Steel column;node;deepening;control;construction process.地下室平面布置如圖2所示。1 工程概況

本工程地下4層，地上45層（不含機電層），建筑高度218m，總建筑面積14.6萬㎡。本工程結構體系為型鋼混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒結構，鋼結構主要分布于地下室、塔樓地上及多功能廳屋蓋，核心筒結構為勁性鋼柱和混凝土剪力墻，外框結構為地上為勁性十字柱和鋼梁，地下為勁性十字柱和混凝土梁。

圖2 地下室梁柱平面布置 節(jié)點簡介

2.1 梁柱節(jié)點-套筒連接節(jié)點

混凝土梁筋與鋼骨柱通過套筒連接，節(jié)點見圖3。套筒一端焊接在鋼骨柱翼緣上，另一端與混凝土梁筋擰緊，從而實現(xiàn)鋼筋與鋼骨柱的連接。圖1 項目整體效果圖

本工程地下室為勁性十字柱鋼骨柱+混凝土梁結構，每層有48根鋼骨柱，平均每層有96根混凝土梁與鋼骨柱連接，每層約有142個勁性節(jié)點，因此如何保證鋼骨柱與混凝土梁筋的連接質量和施工效率是本工程的重難點。

圖3 套筒連接節(jié)點示意

2.2梁柱節(jié)點-型鋼牛腿連接節(jié)點

混凝土梁筋與鋼骨柱通過型鋼牛腿連接，節(jié)點見圖4。在鋼骨柱與混凝土梁連接處設置型鋼牛腿，混凝土梁筋直接搭接于型鋼牛腿上，然后將鋼筋與型鋼牛腿焊接在一起，鋼筋雙面焊接長度不小于5d。

圖4 鋼牛腿連接節(jié)點示意

2.3 梁柱節(jié)點-粱筋穿過或繞過鋼骨

勁性結構施工最重要的是保證現(xiàn)場施工質量，從而保證整個工程的質量。同時滿足設計要求：粱筋滿足50%的貫通率。粱筋除與套筒、型鋼牛腿連接之外的鋼筋，通過混凝土梁加腋，鋼筋穿過或繞過鋼骨，見圖5。本工程十字柱截面呈長方形，長邊方向鋼骨腹板開孔，鋼筋穿過腹板孔貫通，短邊方向鋼筋繞過鋼骨翼緣邊貫通。

圖5 梁筋穿過或繞過鋼骨示意圖

2.4 梁柱節(jié)點-粱筋雙層節(jié)點

本工程混凝土粱面筋、底筋存在雙層布置情況，為保證鋼筋與鋼骨柱連接強度，設置雙層不等長型鋼牛腿，見圖6。為避免兩層等長型鋼牛腿鋼筋無法焊接，下層型鋼牛腿長度為上層的2倍，方便現(xiàn)場焊接，同時保證了焊接質量。

圖6 雙層型鋼牛腿連接示意圖

2.5 柱縱筋節(jié)點

柱縱筋被鋼骨牛腿擋住，常規(guī)處理方法有：牛腿翼緣開洞（開槽），鋼筋穿過；牛腿上下焊接套筒（搭筋板）連接鋼筋。由于牛腿翼緣開洞后，對牛腿強度削弱較大，并且導致孔邊粱筋無法滿足焊接要求，故本項目柱縱筋牛腿上方采用套筒，牛腿下方采用搭筋板形式連接鋼筋，見圖7；牛腿邊緣鋼筋開槽通過，見圖8。

圖7 柱縱筋套筒、搭筋板連接節(jié)點示意圖

圖8 柱縱筋搭筋板開槽節(jié)點示意圖

2.6 柱縱筋節(jié)點-柱縱筋雙排

本工程柱縱筋存在雙排情況，更增加了施工難度，為了方便施工且保證施工質量，柱雙排縱筋采用內外不等長雙排搭筋板或雙排套筒連接，見圖9。采用這種形式，施工時內側柱縱筋就位后，先將內側鋼筋焊接在搭筋板上，然后再施工外側鋼筋。見圖9。當柱縱筋傾斜時，由于套筒端頭水平，極難控制套筒角度，故均采用搭筋板形式連接，見圖10。

圖9 柱雙排縱筋雙排搭筋板連接示意圖圖10 柱縱筋切斜搭筋板連接示意圖

2.7 柱箍筋節(jié)點-外環(huán)箍

柱箍筋梁柱節(jié)點區(qū)域，箍筋遇到鋼牛腿腹板時，鋼牛腿腹板開孔，箍筋穿孔通過，見圖11；在鋼牛腿強度滿足受力要求時，腹板適當縮短，箍筋從腹板端頭穿過，見圖12。

圖11 柱箍筋穿牛腿腹板示意圖

圖12 柱箍筋牛腿腹板邊穿過示意圖

2.8 柱箍筋節(jié)點-對拉箍

本工程十字柱呈長方形，原設計圖紙中長腹板方向箍筋全部穿腹板通過，同一截面穿孔4個，箍筋間距100mm。如此密集的箍筋孔會大大削弱腹板強度，而且現(xiàn)場施工難度較大，參考型鋼混凝土圖集12SG904-1，通過增加豎向鋼筋勾箍形式，減少一半開孔，見圖13。

圖13 柱箍筋節(jié)點示意圖

2.9 墻柱箍筋節(jié)點

本工程核心筒角柱為非對稱十字柱，鋼板均為50mm厚，原設計圖紙中腹板方向開孔穿箍筋，腹板較厚開孔對鋼柱強度削弱較大，鋼柱加工速度慢同時現(xiàn)場施工難度大，故將箍筋形式改為八角箍，見圖14。

圖14 墻柱箍筋節(jié)點示意圖 3 節(jié)點對比分析

3.1 套筒連接節(jié)點

套筒連接是常規(guī)的連接方式，它具有以下優(yōu)點：

1）套筒施工與鋼筋綁扎穿插少，現(xiàn)場管理協(xié)調難度小；

2）成本相對較小。缺點有以下幾點：

1）對套筒焊接質量以及鋼筋綁扎精度均要求較高，一旦有偏差就可能導致鋼筋擰不進套筒；

2）施工效率慢，套筒位置需根據鋼筋的綁扎對視調整位置，增加了施工難度，降低了施工效率；

3）對于鋼骨柱與混凝土梁斜交的類型，套筒需根據鋼梁斜度確定套筒角度，現(xiàn)場梁筋施工難度大；

4）梁筋較密時，受套筒焊接空間局限性，套筒可能排布不開。3.2 型鋼牛腿連接節(jié)點

優(yōu)點有以下幾點：

1）對鋼筋綁扎精度要求相對較低，只需將鋼筋搭接焊在型鋼牛腿上即可；

2）施工效率快，省去了鋼筋與套筒對準的環(huán)節(jié)，施工方便，有助于縮短工期；

3）由于鋼筋是搭接焊在鋼牛腿上，遇到鋼骨柱與混凝土斜交等復雜節(jié)點時對鋼筋的定位要求低。

缺點有以下幾點：

1）現(xiàn)場焊接量大，對焊接質量要求高； 2）鋼筋焊接與綁扎工序穿插太多，現(xiàn)場管理協(xié)調難度大。

3.3 鋼板開孔連接節(jié)點

優(yōu)點有以下幾點：

1）保證良好的鋼筋貫通率；

2）鋼筋、箍筋定位準確，嚴格按照圖紙放樣施工。

缺點有以下幾點：

1）鋼結構加工速度慢，影響工期；

2）鋼筋折彎、箍筋定位精確度高，施工難度大，施工困難。

3.4 鋼筋繞鋼骨連接節(jié)點

優(yōu)點有以下幾點：

1）保證的鋼筋貫通率；

2）鋼筋、箍筋定位精度低，施工速度快。缺點有以下幾點：鋼筋施工精度低，施工質量一般； 施工工藝

4.1 套筒連接施工工藝

1）深化設計根據結構圖紙鋼筋的分布，在構件深化圖上對套筒進行排布和定位；

2）加工制作 在加工廠提前將套筒焊接在鋼構件上并做好套筒的保護，防止鋼筋插入前有雜物

影響鋼筋擰入；

3）現(xiàn)場施工將結構圖紙中鋼筋擰入鋼骨柱對應規(guī)格的套筒中?；炷亮轰摻罱壴殗栏癜凑赵O計間距及位置進行綁扎，如若鋼筋與套筒位置偏差較大，會導致鋼筋無法擰入套筒。4.2 鋼牛腿連接施工工藝

1）深化設計時，根據混凝土梁鋼筋的型號和位置來確定鋼牛腿的位置及尺寸，型鋼牛腿上下翼緣板主要用來搭接梁筋，因此翼緣板的設置需考慮鋼筋的保護層厚度及鋼筋搭接焊的長度（雙面焊不小于5d，單面焊不小于10d，d為梁搭接鋼筋的最大型號）；

2）施工前復核型鋼牛腿位置是否與混凝土梁位置相匹配；

3）混凝土梁底鋼筋綁扎完成后需暫緩面筋的綁扎，給鋼筋焊接預留一定時間，應按照底筋綁扎-底筋焊接-面筋綁扎-面筋焊接的順序進行施工；

4）鋼筋焊接完成后，檢查焊縫長度以及焊腳尺寸是否滿足規(guī)范和設計的要求。4.3 鋼板開孔連接施工工藝

1）鋼結構深化設計時，根據梁柱配筋的型號和位置，在鋼柱腹板上確定粱筋孔、箍筋孔位置及標高，孔徑一般大于鋼筋直徑5mm；

2）鋼筋綁扎施工時，根據鋼結構腹板孔位置穿過對應鋼筋即可；

3）鋼筋綁扎完成時，檢查鋼筋數(shù)量及是否穿孔。

4.4 鋼筋繞鋼骨連接施工工藝

1）鋼結構深化設計時，對梁鋼筋、箍筋進行初步放樣，出典型節(jié)點；

2）鋼筋施工時，按照圖紙對鋼筋進行彎折，然后進行綁扎；

3）鋼筋綁扎完成時，對梁寬度、箍筋大小進行檢查。結語

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，鋼結構與混凝土組合結構越來越普遍，而鋼結構與混凝土結構的連接節(jié)點也一直是施工的重難點，同時采用的節(jié)點類型也影響著整個工程的質量，良好的節(jié)點形式，可以保證施工質量并加快工期進度。本項目總結了幾種鋼結構與混凝土連接節(jié)點施工技術，為鋼結構與混凝土連接節(jié)點的施工質量提供保證，同時也提高了施工效率，為以后類似工程施工提供經驗與借鑒。

參考文獻：

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作者簡介：汪小偉，男，1985～，安徽安慶人，中國建筑第八工程局有限公司，郵箱：450805343@qq.com。