鋼結(jié)構(gòu)中的剛接詳解

在鋼結(jié)構(gòu)中，剛接（剛性連接）是指連接節(jié)點(diǎn)能夠可靠地傳遞彎矩、剪力和軸力，使被連接構(gòu)件在節(jié)點(diǎn)處具有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度，變形協(xié)調(diào)，近似于剛體連接。剛接是鋼結(jié)構(gòu)中常用的連接方式，廣泛應(yīng)用于框架結(jié)構(gòu)、梁柱節(jié)點(diǎn)、桁架體系等。

 1. 剛接的基本特征

 傳遞內(nèi)力：剛接能夠傳遞彎矩、剪力和軸力，使被連接構(gòu)件在節(jié)點(diǎn)處共同工作。

 轉(zhuǎn)動(dòng)剛度：剛接的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度較大，節(jié)點(diǎn)處的相對(duì)轉(zhuǎn)角很小，變形協(xié)調(diào)。

 構(gòu)造形式：通常采用焊接、高強(qiáng)度螺栓連接或焊接與螺栓混合連接。

 2. 剛接的構(gòu)造形式

 （1）焊接連接

 全熔透對(duì)接焊縫：在梁翼緣和腹板與柱的連接處采用全熔透對(duì)接焊縫，確保焊縫質(zhì)量，傳遞彎矩和剪力。

 坡口焊縫：在柱翼緣和腹板處設(shè)置坡口，通過(guò)焊接填充金屬，形成連續(xù)的焊縫。

 （2）高強(qiáng)度螺栓連接

 摩擦型高強(qiáng)度螺栓：通過(guò)螺栓預(yù)緊力使連接板之間產(chǎn)生摩擦力，傳遞剪力。摩擦型連接具有較高的抗剪承載力和延性。

 承壓型高強(qiáng)度螺栓：螺栓桿身與孔壁接觸，通過(guò)承壓傳遞剪力。承壓型連接的承載力較高，但延性較差。

 （3）焊接與螺栓混合連接

 梁翼緣焊接、腹板螺栓連接：梁翼緣與柱采用焊接連接，傳遞彎矩；梁腹板與柱采用高強(qiáng)度螺栓連接，傳遞剪力。

 端板連接：在梁端設(shè)置端板，通過(guò)高強(qiáng)度螺栓將端板與柱連接，端板與梁翼緣和腹板焊接。

 3. 剛接的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

 （1）連接強(qiáng)度

 焊縫強(qiáng)度：焊縫的強(qiáng)度應(yīng)不低于被連接構(gòu)件的強(qiáng)度，焊縫質(zhì)量應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

 螺栓強(qiáng)度：高強(qiáng)度螺栓的預(yù)緊力和抗剪承載力應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，螺栓的排列和間距應(yīng)符合構(gòu)造要求。

 （2）節(jié)點(diǎn)剛度

 轉(zhuǎn)動(dòng)剛度：剛接的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度應(yīng)滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)分析的要求，確保節(jié)點(diǎn)處的變形協(xié)調(diào)。

 半剛性連接：在某些情況下，剛接可能表現(xiàn)出半剛性特性，需要考慮節(jié)點(diǎn)剛度對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的影響。

 （3）構(gòu)造細(xì)節(jié)

 焊縫尺寸：焊縫的尺寸應(yīng)根據(jù)被連接構(gòu)件的厚度和受力情況確定，確保焊縫能夠傳遞所需的彎矩和剪力。

 螺栓布置：高強(qiáng)度螺栓的布置應(yīng)均勻?qū)ΨQ(chēng)，避免應(yīng)力集中。螺栓的排列應(yīng)便于施工和檢查。

 加勁肋：在梁柱連接處設(shè)置加勁肋，提高節(jié)點(diǎn)的剛度和承載力。

 4. 剛接的應(yīng)用場(chǎng)景

 （1）框架結(jié)構(gòu)

 梁柱節(jié)點(diǎn)：剛接常用于框架結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)，確保梁和柱在節(jié)點(diǎn)處共同工作，傳遞彎矩和剪力。

 柱腳節(jié)點(diǎn)：柱腳節(jié)點(diǎn)通常采用剛接，將柱的軸力、彎矩和剪力傳遞給基礎(chǔ)。

 （2）桁架體系

 弦桿與腹桿連接：在桁架體系中，弦桿與腹桿的連接通常采用剛接，確保桁架的整體穩(wěn)定性。

 （3）橋梁結(jié)構(gòu)

 主梁與橋墩連接：在橋梁結(jié)構(gòu)中，主梁與橋墩的連接通常采用剛接，傳遞車(chē)輛荷載和風(fēng)荷載。

 5. 剛接的優(yōu)缺點(diǎn)

 （1）優(yōu)點(diǎn)

 承載力高：剛接能夠傳遞彎矩、剪力和軸力，承載力高，適用于大跨度、重載結(jié)構(gòu)。

 剛度大：剛接的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度大，變形協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)的整體性能好。

 延性好：焊接連接和高強(qiáng)度螺栓連接具有較好的延性，能夠吸收地震能量。

 （2）缺點(diǎn)

 施工復(fù)雜：剛接的施工工藝要求較高，焊接質(zhì)量難以保證，螺栓連接需要精確的預(yù)緊力控制。

 造價(jià)較高：剛接的材料用量和施工成本較高，尤其是焊接連接需要專(zhuān)業(yè)的焊工和設(shè)備。

 維護(hù)困難：剛接節(jié)點(diǎn)一旦損壞，維修和加固較為困難。

 6. 剛接的設(shè)計(jì)規(guī)范

 中國(guó)規(guī)范：《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017）對(duì)剛接的設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收提出了詳細(xì)要求。

 國(guó)際規(guī)范：美國(guó)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（AISC 360）、歐洲《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（EN 1993）等也對(duì)剛接的設(shè)計(jì)和構(gòu)造做出了規(guī)定。

 7. 剛接的施工要點(diǎn)

 （1）焊接施工

 焊接工藝評(píng)定：焊接前應(yīng)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，確定合適的焊接參數(shù)和工藝。

 焊縫質(zhì)量檢查：焊接完成后，應(yīng)對(duì)焊縫進(jìn)行外觀檢查和無(wú)損檢測(cè)，確保焊縫質(zhì)量。

 （2）螺栓施工

 螺栓預(yù)緊力控制：高強(qiáng)度螺栓的預(yù)緊力應(yīng)通過(guò)扭矩扳手或液壓拉伸器精確控制。

 螺栓安裝順序：螺栓的安裝順序應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，避免螺栓受力不均。

 （3）節(jié)點(diǎn)防腐

 防腐處理：剛接節(jié)點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行防腐處理，如噴涂防腐涂料或采用熱浸鍍鋅等。

 8. 剛接的檢測(cè)與維護(hù)

 （1）定期檢測(cè)

 焊縫檢測(cè)：定期對(duì)焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，檢查焊縫是否有裂紋、氣孔等缺陷。

 螺栓檢查：檢查螺栓是否有松動(dòng)、斷裂等現(xiàn)象，必要時(shí)進(jìn)行緊固或更換。

 （2）維護(hù)加固

 焊縫修補(bǔ)：對(duì)發(fā)現(xiàn)的焊縫缺陷應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)，確保焊縫的完整性和承載力。

 螺栓更換：對(duì)損壞的螺栓應(yīng)及時(shí)更換，確保節(jié)點(diǎn)的連接可靠性。

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