钢结构柱脚的连接设计计算(梁柱铰接的构造原理)
螺栓群其实是可以承受扭矩的,那么问题来了,仅腹板螺栓连接为什么可以按铰接计算?螺栓群计算时是否需要考虑弯矩影响?
铰接构造对弯矩分布的影响钢梁一般为受弯构件,在荷载不变的情况下,影响弯矩分布的重要因素是线刚度(EI/L)。
铰接构造对线刚度的影响有两点:
- 削弱节点区截面,使得节点区惯性矩降低。
- 节点区有一定的长度。
- 从全截面的应力状态到螺栓群处的截面应力状态,有一个过渡区,这里把这个过渡区理解为节点区。
综上,构件可以分为节点区和非节点区,并等价为一个分段梁进行模拟分析。
举例钢梁跨度5米,截面为H500x200x10x16(),线荷载为40kN/m。
- 两端固定弯矩分布
两端固定弯矩分布
- 两端铰接构造弯矩分布
节点区惯性矩(按4M20计算):
节点区长度(假定等于截面高度):
按分段梁计算。
分段梁弯矩分布
此时,弯矩图已经接近理想铰接的弯矩图了,弯矩图中零弯矩点的位置大致位于节点区的中点。
可以理解为,梁柱铰接构造是铰接点位于节点区中点的理想铰接模型,此时跨中弯矩为:,与分段梁计算结果一致。
螺栓群的设计铰接构造是从梁受弯的角度来讲的,由此产生的误差,相对于梁的最大弯矩可以忽略。至于螺栓群的设计,由于螺栓群的抗扭能力差,扭矩对螺栓的受力影响不可忽略。按铰接设计时,计算结果只有剪力,没有扭矩,建议人为考虑一定的偏心扭矩或留有一定裕度。
实际项目中,由于抗剪一般不起控制作用,单列螺栓一般能满足要求。
小结刚度是影响结构受力的重要因素,梁柱铰接构造,实际上是通过刚度削弱来近似铰接。
算例中分段梁是假定节点区端部转动为0来模拟的,实际上端部会有一定转动,弯矩分布会更接近于铰接。
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