门式刚架节点螺栓连接的刚度分析
轻型门式刚架结构
轻型门式刚架结构1.引言2.构造轻型门式刚架结构由水平梁和立柱构成，形成一个门型的结构。
这种结构的主要特点是梁柱节点简单，构造明了。
水平梁和立柱通过螺栓连接在一起，形成一个稳定的整体。
立柱一般设置在建筑物的四角，而横梁则负责承担水平荷载和重力荷载。
3.特点（1）重量轻：轻型门式刚架结构的主要材料是轻钢，因此整体结构的重量相对较轻，降低了施工成本和施工强度。
（2）施工便捷：轻型门式刚架结构采用模块化设计，构件预制，现场只需简单的机械操作和组装拼接即可完成，提高了施工效率。
（3）刚度较高：轻型门式刚架结构采用刚性的钢材构件，能够有效地抵抗风荷载和地震荷载，保证建筑物的稳定性和安全性。
（4）空间利用率高：轻型门式刚架结构不需要设置柱子，可以获得较大的内部空间，适合用作大跨度的建筑物。
（5）可更改性强：轻型门式刚架结构的构造灵活，可以根据实际需要灵活地添加或拆除构件，使得建筑物的形状和大小可以随意改变。
4.应用（1）工业厂房：轻型门式刚架结构适合用作工业厂房，可以满足大跨度、大空间的需求，并且能够有效地承受重荷和荷载。
（2）仓库：轻型门式刚架结构的组件可以简单地进行组装和拆卸，适合用作仓库，能够灵活地满足不同规模和用途的需求。
（3）体育馆：轻型门式刚架结构具有一定的美观性和功能性，在建造体育馆时，可以快速、经济地构建出稳定的建筑物。
（4）商业建筑：轻型门式刚架结构的外观造型简洁大方，适合用作商业建筑，能够与现代建筑风格相融合。
5.结论轻型门式刚架结构作为一种先进的建筑结构体系，具有重量轻、施工便捷、刚度高、空间利用率高等优点，在工业厂房、仓库、体育馆等领域得到了广泛的应用。
随着建筑技术的不断发展，轻型门式刚架结构将继续发挥其优势，成为未来建筑结构的重要发展方向。
门式刚架节点螺栓连接的刚度分析
门式刚架节点螺栓连接的刚度分析本文通过《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（2012年版）（下文简称《规程》）7.2节新增节点设计内容，根据节点转动刚度公式，分析了提高门式刚架节点刚度的各种措施，得出了结构设计工作中如何满足刚性节点要求的一些有效措施。
并从工程实际问题出发，提出了一些工程实际应用中具体面临的问题。
标签：门式刚架；梁柱连接；刚性节点1 概述梁柱连接是门式刚架结构的一个基本组成部分，对于整个结构的受力与安全具有重大影响。
一旦连接发生破坏，结构构件再强也不能发挥作用。
门式刚架的梁和柱通常采用半刚性的螺栓端板连接，这种梁柱连接设计有些达不到刚节点要求，不仅使刚架的位移增大，还使其承载力下降。
多跨刚架，中柱全部用摇摆柱时，边柱和梁连接的刚度更是举足轻重[2～4]。
《规程》将梁与柱端板连接节点的刚度计算内容加入修订条文，要求把连接节点设计成全刚性的[1]。
本文针对《规程》中新增刚接节点的相应内容，由EXCEL编写了节点刚度计算程序，分析了提高门式刚架节点刚度的措施，提出了结构设计工作中如何满足节点刚度要求的一些有效措施和具体面临的问题。
2 节点刚度设计探讨梁柱连接节点在弯矩M作用下发生转动，梁端转角大于柱顶转角，二者之差θ即为梁与柱的相对转角。
则节点的转动刚度为产生单位相对转角所需要的弯矩，即R=M/θ。
由公式可知θ角越小，节点刚度愈大，越接近完全刚性。
节点的相对转角θ由主要由柱腹板区的剪切变形、螺栓拉伸、端板及柱翼缘弯曲变形产生，其中，主要为端板弯曲和柱剪切变形。
2.1影响节点刚度的因素分析《规程》中单跨门式刚架梁与柱的连接节点，转动刚度R按照（7.2.21-1）计算。
多跨框架的中柱为摇摆柱时，式中的系数应适当提高，可取40或50。
式中：R——刚架横梁与柱连接节点的转动惯量；Ib——刚架横梁跨间的平均截面惯性矩；lb——刚架横梁的跨度；E——钢材的弹性模量。
节点构造形式可以有多种形式，如梁柱节点横接、竖接和斜接等。
4.2 20米跨门式刚架 节点设计及验算
4.2 节点设计一、梁柱拼节点螺栓连接设计及验算梁柱节点采用10.9级M20高强度摩擦连接，构件接触面采用喷砂后生赤锈的处理工艺，每个高强度螺栓的预拉力为155kN，连接方式如图4-1所示图4-1a图4-1b 图4-1c连接处内力设计值34.24,60.08,167.4N kN V kN M kN m === 。
（1） 螺栓强度验算 ① 螺栓抗拉承载力验算0.80.8155kN =124kNbt N P ==⨯1t12222167.40.134.242(0.10.4920.592)8167.40.1 4.2812.05kN 1.205iM y N N y n⨯=-=-⨯++⨯=-=∑2t 22222167.40.49234.242(0.10.4920.592)8167.40.4924.2864.07kN1.205iM y N N y n⨯=-=-⨯++⨯=-=∑3t 32222167.40.59234.242(0.10.4920.592)8167.40.5924.2877.96kN1.205iM y N N y n⨯=-=-⨯++⨯=-=∑均满足抗拉要求。
② 螺栓抗剪承载力验算 螺栓群得抗剪力：bv f 0.90.910.451558502.2kN >60.08kNN P ημ==⨯⨯⨯⨯=最外排一个螺栓的抗剪、抗拉力：v t b b vt60.08877.960.751502.28124N N NN+=+=<满足要求。
（2）端板厚度验算端板厚度取为20m m t =，宽度200m m b =按两边制成类端板计算：w f 85046m m245m me e =-==16.5mmt≥==计算满足。
（3）梁柱节点域的剪应力验算622b c c167.41090.8N m m125N m m4804808Md d tτ⨯===<⨯⨯计算满足。
（4）螺栓处腹板强度验算因为t264.07kN0.4P62kNN=≥=322t2w w64.0710174N m m125N m m468Nfe t⨯==<=⨯满足要求。
螺栓结合部切向刚度计算模型建立及分析
1 引言
汽车、机床等各类机械系统是由零部件按照一定的技术要 求装配而成的，零部件相互接触的表面称为机械结合面，简称 “结合面”。机械结构中大量存在的结合面破坏了机械结构的连 续性，使系统表现出复杂的力学特性，很大程度地影响着汽车整 车或机床整机的静、动态性能，有时甚至严重制约着机械系统整
机刚度、寿命及可靠性等性能[1-2]。相关研究表明，结合面接触刚 度是机械结构整体刚度的重要组成部分，甚至是整体刚度的薄 弱环节。文献[3]曾发现，对于车床，仅导轨结合面的变形量就占 车床总变形量的 40%，而文献[4]的研究表明，当假设刀架和立柱 的结合面为刚性时，单臂龙门刨床总刚度可提高约 39%。因此 结合面接触刚度是机械结构整机刚度中不可忽略的关键因素。 螺栓结合部由螺栓、螺母、垫片、被连接件等连接结构以及这些
粤遭泽贼则葬糟贼：For the bolted joint，the current research is mainly focused on the study of the overall normal stiffness of the bolted joint援A s a result of the integration of a bolted tangential stiffness of the whole machine static characteristic also plays an important role，therefore，to achieve the comprehensive analysis，the characteristics of the integration of a bolted static still need to put forward a method of the integration of a bolted tangential stiffness calculation援In this paper，an analytical model for calculating the tangential stiffness of a bolted joint is presented on the basis of the stiffness solution model of the bolted joint援 Finally respectively by analytical calculation and finite element method for calculation，concrete examples results show that the calculation model for the integration of a bolted the overall displacement value is equal to 8.3917e-4m，and the results of finite element calculation of 3.19e-4m，there is a certain deviation，the main reason lies in considering the influence of friction in the finite element analysis援Considering the influence of friction，the total displacement calculated by mathematical model is 3.104e -4m，which is less than the result of finite element analysis援Therefore，it is possible to prove the feasibility of the proposed mathematical model援The content of this paper lays a theoretical foundation for the solution of the comprehensive stiffness of the bolted joint in the mechanical system援 Key Words：Bolted Joint；Joint Part；Tangential Stiffness；Analytic Model；Finite Element Analysis
门式刚架节点刚度的再探讨
ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｉ ｎ ａ ｄ ｅ ｑ ｕ ａ ｔ ｅ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｒ ｉ ｇ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ａ ｍｅ ｓ ． ＫＥＹ Ｗ ＯＲＤＳ： ｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｌ ｆ ｒ ａ ｍｅ ；ｅ ｎ ｄ — ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ｂ ｏ ｌ ｔ ｅ ｄ ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ｝ｓ ｅ ｍｉ — ｒ ｉ ｇ ｉ ｄ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ；ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆ ｃ ｏ ｌ ｕ ｍｎ ｓ
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． １ ３ ２ ０ ６ ・ ／ Ｊ ． ￣ｇ ２ ０ １ ４ １ ０ ０ ０ １
Ｆ ＵＲＴＨＥＲ Ｉ ＮＶＥＳ ＴＩ ＧＡＴ Ｉ ｏＮ Ｉ ＮＴ ｏ ＴＨＥ Ｊ ＯＩ ＮＴ ＲＩ ＧＩ ＤＩ ＴＹ ｏＦ Ｐ ｏＲＴ ＡＬ ＦＲＡＭ ＥＳ
Ｃ ： ｈ ｅ ｎ Ｓ ｈ ａ ｏ ｆ ａ ｎ
纳 。然 而计算 公 式 只是 结 合位 于柱 侧 面 的连 接 给 出 的 。当端 板 一 螺 栓 连 接位 于边 柱 顶 部 或 者 斜 置 时 ，
以及 位 于多跨 框 架 中 间柱 顶 部 时 ， 节 点 刚度 如 何 检
图 １ 位 于 边 柱 柱 顶 的 螺 栓 一端 板 连 接
陈绍蕃 ： 门 式 刚 架 节 点 刚 度 的 再探 讨
门式 刚 架 节 点 刚 度 的再 探 讨
陈绍 蕃
（ 西 安 建 筑 科 技 大 学 结 构工 程 与 抗 震 教 育 部 重 点 实 验 室 ，西 安 ７ １ ０ ０ ５ ５ ） 摘 要： 对 轻 型 门式 刚 架几 种 不 同 型 式 的 端 板 螺 栓 连 接 节 点 的 刚度 进 行 分 析 ， 并 提 出相 应 的 计 算 方 法 。节 点 型
门式刚架端板连接节点设计
门式刚架端板连接节点设计门式刚架端板连接节点设计万叶青（机械部第四设计研究院）[提要] 本⽂介绍了轻钢门式刚架端板连接节点的计算⽅法，提供了端板连接节点梁⾼与弯矩的关系图表，⽤它可以快速确定连接截⾯的⾼度，同时还指出了端板设计中应当注意的⼀些问题。
[关键词] 轻钢结构，门式刚架，端板连接，⾼强螺栓。
1．引⾔轻钢结构是近⼗年来发展最快的领域，它具有⼤跨度、⼤空间，分隔使⽤灵活，⽽且施⼯速度快、抗震有利的特点，已⼴泛地应⽤于机械⼯业⼚房建筑中。
门式刚架常⽤的跨度为15~36m。
为了便于施⼯，⼀般采⽤分段加⼯和运输，到现场后再进⾏拼接安装，这就涉及到门式刚架的连接节点。
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS 102:2002）给出了三种形式的端板连接：端板竖放，端板斜放和端板横放。
实践证明：端板连接是轻钢门式刚架中最为经济的连接形式，⽐通常的腹板—翼缘拼接节省材料和紧固件，现场拼装连接⽅便。
2．端板连接设计门式刚架端板连接节点主要承受的是弯矩和剪⼒。
在我国，对这类端板连接设计采⽤的是传统的⽅法：认为螺栓受⼒为三⾓形分布，利⽤平衡原理分析螺栓的受⼒，然后进⾏其它部分的设计验算。
该⽅法的关键是对旋转中⼼，即中性轴的取法，对此尚存在⼀些争议。
我国的教科书，设计⼿册及有关规范中采⽤的是简化⽅法。
对普通螺栓来说，可假定螺栓群的中性轴在最下⾯⼀⾏的轴线上。
受⼒如图⼀所⽰线性变化，最⼤螺栓拉⼒产⽣在顶部螺栓处。
在弯矩M作⽤下螺栓最⼤拉⼒为：Nt1=M*y1/(m*∑y i2) (1)式中 M----端板处弯矩设计值m----螺栓列数y i----各螺栓⾄中性轴的距离在剪⼒V作⽤下，⼀个螺栓所受的剪⼒为：Nv=V/n (2)同时承受剪⼒和轴向拉⼒的普通螺栓应满⾜下列公式的要求，即[(Nv/N v b)2+(Nt/N t b)2]≤1 (3)为了保证挤压承载⼒的要求尚需满⾜Nv≤N c b (4)上述各式中：Nv、Nt----⼀个螺栓的剪⼒和拉⼒（取受拉⼒最⼤螺栓计算时为N t1）;N v b、N t b----⼀个螺栓受剪和受拉的承载⼒设计值。
轻钢结构门式刚架端丰反螺检连接的强度和刚度.
维普资讯 陈绍蕃：１刚架端板螺栓连接的强度和刚度『式（）算，要端板厚２．ｒｍ．比试件的６计需５１ａ栓应尽量靠近第２行，所承受的拉力可从它２．１ｎ稍大。
此厚度则曲线完全可以位于３８Ｔｌｌ用分界线之上。
图５所示的线性分布确定，把第１ｄ即．螺２行栓拉力乘以系数（，）ｈ，第３行螺栓ｈ一ｄ／ｄ为中线至受拉翼缘中线问的距离，图５ｄ见。
参１即ｒ０ｈ３从以上几个不同来源的试验资料可知，按照本文公式计算，接刚度可以同时得到连满足。
６结语考文献ａＪＳｒ￣Ｅｇｇ１９．ｌ）３５—ｌｔ．ｎｒ．９０１ｕ：０９本文全面论述了外伸式端板螺栓连接的特性，在此基础上引出实用计算方法。
并抗２ＱｏｏａｄＭｉｉＥｔＳｒ￣１９，１（）４５３ｔｎｙｔｍｈａｒ￣ｔｕｔ９５７８：４￣５ｇ５３ＧｏｏａｄＭｉｍｈｔｔｎｙｉａ７４Ｅｕｏｏ３ＤｅｉｎｆＳｅｌＳｔｔｔｒｓｒｃｄｅ：ｓｇｏｔｅｒｔｕｅＰａｔＥｕｉ，ｃｒＩｔｌｍｎ：Ｃｏ￣ｔｅｏｒＳａｄａｄｉｉ１ｍｔｅｆｔｎｒ：ｏｎｍｔ５Ｄｏｖｉｇｅｄｎｌｌ８９８ＳｒｃｎｔｔｕＥ固§１９，４７：５９８Ｉ（）７０～２拉螺栓集中在受拉翼缘上下侧，算简便。
计端板厚度既满足强度要求又照顾刚度需要。
和现有试验资料对比，明这种方法简便合表理，无须另做刚度验算。
且第３螺栓计算，矩产生的拉力全由节弯受拉翼缘两侧的第１行螺栓承担。
果弯０如矩很大而４个螺栓的承载力不足，以把第３可行螺栓也加入到抗拉的行列中。
时这行螺此Ｓｔｃｕｒｌｓｕｒｔａ１Ｄ．Ｂｕｔｒｔｒｈｔｅ￣ｏｔＬｏｄｏｎｎ６，ｔｉｓＪｋｌ￣ｌａ￥ｒｃＥ学ｌｔｔ。
ｕＳⅢ１８．９５：１１９６６Ａ（｝２一］２３ＳｅｌＲｅ１９７２～２２ｔｅｓ９．巧６７ｈｔａＳＪｅｌＥｇｇ９６Ｉ『）０ｎｒ１９，２１３０～１０：１６３８Ｂｕｓｎ．￣ａＪｏ虹ｒｉａｄｔａｍｌｎ９Ｐｃ￣ａｄＭｏｒｔｃｌ∞ｒ１７．５（４ａｋｌｎ．ｒｓＳｒｔＥＩ－ｉｕｎ９７５１１４６～４８０５１ＤｏｔｎＧｕｌｔｔ脚０ｕｙａｄＭｃｉＪＳｍｃｅ１０１～Ｉ８２ＡＣ９５９（Ｔ２：ＳＥ１６．Ｉｓ’ （接第１上９页）（）绝无证人员、检仪器上岗使用，１杜未７计算机在监测中的应用利用ＣＡ及Ｃ＋＋语言编程，现以Ｄ实下功能：提高观测水平。
螺栓预紧力对门式刚架端板连接节点刚度影响的研究
１引 言
通常在设计 中， 轻型 门式刚架 结构 的端板 连接采 用刚性 节点假设 ， 通过计算及相 应构造措 施确保节 点具有 足够 的刚 度＿ 。然而在现存结 构中 ， １ ］ 大量工程 由于建设 时期 较早 ， 设 计水平不足 、 工质 量存 在缺 陷Ｌ ， 施 ４ 节点构造或施工工艺不满 ］ 足现行相关规范要求 ， 了能对该 类结构 进行正确 的承 载力 为 分析 ， 首先 应该 对节 点性 能做 出正 确评估 ， 特别是对于节点刚
计算 与试 验结 果的对 比。其中图 １ 示的节点 梁端集 中力 为 所 试验及有限元模型加载位 置 ， 荷载一位移 曲线依据 相应施加
（） ｃＴ３节 点
的荷载大小及该点位移获得 。
图 ２ 各研究模 型节点详细构造
（） ２ 建立有限元模型对研究模型进行数值模拟 ， 据有 限 根 元 模拟的结果与实测结果的 比较确定数值模拟的有效性 。 （） ３ 在有 限元模型 中调整高强螺栓 的预紧力水平 ， 并获取 该 预紧力水 平下的节点初始转动刚度及弯矩一转角曲线的数 值模 拟结果 。
料屈服准则为 ｙｎＭｉ ｓ ｏ ｓ 屈服 准则 。屈 服后 采用 流动 理论 ， ｅ
图 ４ Ｔ１节 点停 止 加 载 前 的 试 验 照 片
由图 ５可以看出 ， 文所建立 的有限元模 型计算结 果 与 本
试验结果吻合较好 ， 加载 至节点极 限弯矩 时的计算值 与 荷载 试验值相 差在 ３ 以 内， 且模拟过 程 中的应 力应变 场的变 化
曩 靶
１ ２Ｏ １ ００ ８０ ８０ ４０ ２Ｏ Ｏ
（ ） ３节 点 ｃＴ 位移／ ｍ
图 ６ 各 节 点 在 施 加 及 未 施 加 螺栓 预 紧 力 时 的 弯 矩 一 转 角 曲线 对 比
门式刚架梁柱连接节点域刚度验算
门式刚架梁柱连接节点域刚度验算全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：门式刚架是一种常用于建筑结构中的支撑结构，其由梁、柱和连接节点构成。
在门式刚架结构中，连接节点是连接梁和柱的重要部分，其刚度对整个结构的稳定性和承载能力起着关键作用。
对门式刚架连接节点域的刚度进行验算是非常重要的。
门式刚架连接节点通常分为节点板式连接和焊接连接两种方式。
节点板式连接通过节点板将梁和柱连接在一起，通过螺栓或焊接进行固定。
焊接连接则是直接通过焊接将梁和柱连接在一起。
在验算门式刚架连接节点域的刚度时，需要考虑节点板的刚度、焊接连接的强度以及节点板或焊接处的应力分布情况等因素。
对于节点板式连接，其刚度主要取决于节点板的几何形状和材料性质。
节点板的刚度可以通过有限元分析等方法进行计算，以确定节点板在承担荷载时的受力情况和变形情况。
在验算节点板式连接时，需要考虑节点板的弯矩和剪力传递能力，以确保连接节点域的刚度满足设计要求。
在门式刚架连接节点域的刚度验算中，还需要考虑整个结构的整体稳定性和承载能力。
门式刚架连接节点域的刚度应满足整个结构在受力时的要求，以确保结构可以稳定地承受外部荷载。
通过对门式刚架连接节点域的刚度进行验算，并根据验算结果进行调整和优化，可以有效提高结构的稳定性和承载能力。
第二篇示例：门式刚架是一种常见的结构形式，通常用于工业建筑和大跨度建筑的梁柱连接节点域刚度验算对于保证建筑结构的稳定性和安全性具有重要意义。
在进行梁柱连接节点域刚度验算时，需要考虑多方面因素，包括节点的受力情况、连接方式、构件形式等。
下文将对门式刚架梁柱连接节点域刚度验算进行详细介绍。
我们需要了解门式刚架的结构特点。
门式刚架由上下承受荷载的梁柱构件组成，梁柱连接节点域是其最重要的部分之一。
节点域的刚度直接影响整个门式刚架结构的受力情况和承载能力。
在验算门式刚架梁柱连接节点域的刚度时，需要考虑节点处的受力情况，包括节点受到的剪力、弯矩和轴力等。
门式刚架节点螺栓受力性能分析
门式刚架节点螺栓受力性能分析摘要：节点的设计是门式刚架中设计过程中极其重要的一环，设计得当与否，将直接影响到结构的整体性、可靠度以及建设周期和成本[1][3]。
节点域连接着梁和柱，它的变形能协调和缓解梁柱的变形，保护其过早破坏。
由此节点的性能直接关系到试件的整体承载力和抗震性能。
本文在ANSYS分析的基础上改进了规范中节点的螺栓受力计算模型。
关键词：节点螺栓受力性能1 试件设计BASE试件根据一单层单跨厂房试设计确定。
跨度20m，柱距6m，檐高7m，坡度为1/10。
其他荷载取值如下：a.永久荷载标准值，合计取0.5 KN/m2。
b.可变荷载标准值，取0.3KN/m2。
c.风荷载标准值，基本风荷载0.4KN/m2。
经计算BASE试件截面尺寸分别见图1和表1。
梁长也取1.0m，柱高取1.6m，端板厚20mm。
连接采用高强度螺栓8个10.9级M20，摩擦系数0.3，端板平面尺寸和螺栓排列方式见图1，除高强度螺栓外，其余材料均为Q235；预拉力为165KN。
图1 BASE 试件尺寸表1 基本试件梁柱明细表项目截面高度截面宽度腹板厚度翼缘厚度梁400 200 6 8柱400 200 10 102 螺栓受力计算轻钢规程中的端板厚度计算公式是利用端板屈服极限平衡原理推出的，公式中螺栓拉力Nt用螺栓的设计拉力代替了螺栓的极限拉力。
但是，轻钢规程中螺栓拉力的计算方法却采用了传统的三角形分布，即假设端板为平面刚性板，而ANSYS模拟的结果表明受力最大的是第二排螺栓，与传统计算方法存在偏差。
这一问题并不是由端板厚度计算公式本身带来的，但实际应用中往往表现为公式计算所得的端板很厚。
由此可见螺栓的计算直接影响到节点另一重要部分端板厚度的确定，正确确定螺栓直径在节点设计中至关重要。
根据有限元计算结果推理螺栓计算模型。
图2、3分别为BASE试件破坏时端板Mises应力和端板沿X轴方向的位移。
（图3横坐标0为端板高度方向下边缘，600mm为端板高度方向上边缘）。
节点刚度对轻型门式刚架结构设计的影响
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(4)“轻钢规程”中给出了刚架挠度和水 平侧移的限值 ,考虑端板连接刚度的影响 ,应 严格控制计算出来的位移值 。当假设端板连 接节点为刚接时应将位移限值减小 15 %。
3 本项目由国家自然科学基金资助 (59878026) 。 第一作者 :荆 军 女 1973 年 5 月出生 硕士生 收稿日期 :2000 - 02 - 10
工业建筑 2000 年第 30 卷第 5 期
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EFFECT OF JOINT STIFFNESS ON STEEL PORTAL FRAME D ESIGN
Jing J un Shi Yongjiu (Depart ment of Civil Engineering , Tsinghua University Beijing 100084)
由于只进行了刚架的线弹性分析 ,具有 一定节点转动刚度的刚架应与完全刚接刚架 的位移之比保持不变 ,为了便于比较 ,将计算
节点刚度对轻型门式刚架结构设计的影响 ———荆 军等
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连接板间的接触面只能传递压力不能传递拉 力 ,在每级荷载作用下 ,都通过逐步迭代 ,仅 保留受压区的界面单元 。计算过程中逐级加 载 ,得到梁端转角φ和作用弯矩 M 之间的变 化关系 。本文对 3 种典型梁柱节点形式进行 了分析 ,比较了不同节点形式 、端板厚度 、螺 栓等 级 等 因 素 对 节 点 变 形 和 刚 度 特 征 的 影 响 。考虑工程设计实际 ,通常在柱节点域的 受拉和受压翼缘处设置横肋 ,节点的计算模 型都采用了这种做法 ,但是只有部分节点设 置了节点域的抗剪加劲肋 。共分析了 8 个节 点 ,4 号节点采用 1019 级 M20 高强度螺栓 , 其余节点均采用 818 级 M20 高强度螺栓 ,图 2 示出了主要的计算节点参数 。
门式刚架端板连接螺栓受力性能分析
以受 压翼 缘 中心作 为端板 转动 中心 ， 以第 二排 螺栓 的名 义拉 力作 为螺栓 最大 拉力 进行设 计 ， 各 螺栓 名 义拉力 无加 劲肋 可按 式 （ １ ）～（ ４ ） 计算 ； 有加 劲肋按 式 （ ５ ） 计算 。计 算公 式 如下 ：
Ｎｔ ｌ Ｎｔ ｉ
＝
， ’
Ⅳ
Ｎｔ ２ Ｍｙ ２
（ ２ ） （ ３ ）
ｍ （ ｙ 。 Ｙ ／ ＋∑Ｙ ＋ Ｙ ｎ － Ｉ Ｙ ）
ｉ ＝２
Ｎｎ ＝ ｌ ／ ２ Ｎ ２ ； Ⅳ ＝ Ｎ ２ Ｙ ／ ｙ ２ ； Ⅳ ＝ Ｎ ＿ ｌ １
Ｍｙ ２
（ ４）
Ｎ ２ ＝
ｍ （ ｙ １ Ｙ ＋∑Ｙ ＋ Ｙ ｏ － Ｉ Ｙ ）
曹
杰， 等： 门 式 刚 架 端 板 连 接 螺 栓 受 力 性 能 分 析 分 析 中 的 应 用
・２ ７・
一
Ｎ ＼
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～
～
／
一
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／
７ Ｌ
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／
ｏ
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７
／ ７
ｏ
一 Ｊ
一
图７无 加劲肋螺 栓计算模 型
图８ 有加劲肋 螺栓计算模 型
ｔ ２
２
Ｎ ｔ ２
（ ｎ１ Ｙｉ Ｎ ｔ ）
－
＝
；Ｙ ｎ － Ｉ ． Ⅳｌ ＝Ｎ ． ｔ （ ￣ ｎ － ｉ １ ） ２’ ”
（ １ ）
其 中
。：
ｒ ｔ ，
； 。： Ｙ ２
Ｍ ＝ ｍ Ｎ Ｙ； ＝ｍ ∑Ｎ Ｙ ； ＝ ｍ Ｎ … Ｙ Ｍ＝ Ｍ ＋ Ｍ ＋ Ｍ ＝ｍ （ ｙ ） ， ／ ＋∑ｙ ＋ ｙ ｙ ）
门式刚架端板螺栓连接的强度和刚度
门式刚架端板螺栓连接的强度和刚度陈绍蕃（西安建筑科技大学西安 710055）摘要论述门式刚架梁和柱的端板螺栓连接的设计问题，包括连接应满足的要求、构造形式、螺栓计算、端板厚度和节点刚度。
还结合实验资料论证，按文内推荐的方法进行设计，在取得必要的强度的同时连接刚度也符合要求。
刚性连接应满足的要求轻型门式刚架的梁柱连接一般都做成刚性的。
刚性连接的构成应不仅能够承受刚架分析得出的内力，还应保证所连构件之间的夹角基本不变。
当然，实际的构造不可能是绝对刚性而毫无变形的。
那么，变形应该限制在什么范围之内就值得设计者关注了。
近年来随同半刚性连接的研究，不断有论文加以探讨（1-3）。
但在设计规范中作出规定的,只见于欧洲规范EC3（4）.这本规范对区分刚性和半刚性的规定见图1。
此图适用于无支撑框架，梁和柱的线刚度比不小于1/10者。
分界线分为3段，分别对应于弹性、弹塑性和塑性弯矩；图横坐标φ=θEI/(lMp)，纵坐标m=M/Mp.Ｉ,ｌ和Mp分别为梁的截面惯性矩、跨长和塑性弯矩；M和θ分别为连接截面的弯矩和在弯矩作用下的转角。
这个分界线准则将在第5节中用来考察端板螺栓连接的刚性。
目前设计轻型门式刚架，构件都用变截面的。
梁截面变化适应于弯矩图的变化，没有必要采用塑性设计。
但是，如果构件都做成等截面的并采用塑性设计而且塑性铰出现在梁端截面，则对连接还有一个转动能力要求。
鉴于这种设计很少采用，这里不作进一步讨论。
位于地震区的结构需要具有吸能能力。
如果要求在连接截面通过塑性变形吸能，则端板应该设计得较薄，这和连接的刚性要求设置加劲肋。
如果省去加劲肋，虽然可以通过柱腹板和翼缘的受力情况核实它们的强度和稳定性，但柱在连接范围内的局部变形会使梁端转角增大。
图3给出柱设置和不设加劲肋时梁端弯矩和转角关系曲线对比的一个例子[5]，可以充分说明设置加劲肋的必要性。
螺栓一般用高强度的8.8级或10.9级，安置时应施加预拉力。
除因传递剪力的需要外，预拉力也对连接刚度有增强作用。
影响螺栓连接相对刚度的因素
影响螺栓连接相对刚度的因素螺栓连接是一种常见的机械连接方式，广泛应用于各个领域。
螺栓连接的相对刚度是指在外力作用下，连接处的变形程度，它直接影响着连接的可靠性和稳定性。
下面将从几个方面介绍影响螺栓连接相对刚度的因素。
1. 螺纹形状：螺栓连接的相对刚度与螺纹形状有关。
螺纹的几何形状对连接的刚度具有重要影响。
螺纹的螺距越小，螺纹的刚度越大。
此外，螺纹的牙型也会影响连接的刚度，常见的牙型有三角形、矩形和梯形等，不同的牙型会导致不同的刚度。
2. 材料的选择：螺栓连接的相对刚度还与材料的选择有关。
常见的螺栓材料有碳钢、不锈钢、合金钢等。
不同材料的弹性模量不同，弹性模量越大，螺栓连接的刚度越大。
因此，在选择螺栓材料时需要考虑到所需的刚度要求。
3. 螺栓预紧力：螺栓连接的相对刚度与螺栓的预紧力有密切关系。
预紧力是指在螺栓连接过程中，施加在螺栓上的力。
适当的预紧力可以提高螺栓连接的刚度，减小连接处的变形。
但是，预紧力过大或过小都会影响连接的刚度，因此需要合理控制预紧力的大小。
4. 连接长度：螺栓连接的相对刚度还与连接长度有关。
连接长度是指连接处两个螺纹之间的距离。
连接长度越大，连接的刚度越大。
因此，在设计螺栓连接时，可以通过增加连接长度来提高连接的刚度。
5. 螺栓直径：螺栓连接的相对刚度与螺栓的直径有关。
螺栓直径越大，连接的刚度越大。
因此，在设计螺栓连接时，可以通过选择合适的螺栓直径来满足刚度要求。
6. 紧固方式：螺栓连接的相对刚度还与紧固方式有关。
常见的紧固方式有手动紧固和液压紧固。
液压紧固可以提供更大的预紧力，从而提高连接的刚度。
总结起来，影响螺栓连接相对刚度的因素主要包括螺纹形状、材料的选择、螺栓预紧力、连接长度、螺栓直径和紧固方式等。
在实际应用中，需要综合考虑这些因素，选择合适的螺栓连接方式，以满足连接的刚度要求，确保连接的可靠性和稳定性。
门式刚架节点连接刚度
门式刚架节点连接刚度门式刚架是一种常见的结构形式，由许多节点连接而成。
节点连接刚度是指节点在受力下的变形能力，它直接影响着整个门式刚架的稳定性和承载能力。
节点连接刚度的大小与节点材料的刚度、节点连接方式、连接材料的性质等因素有关。
门式刚架节点的连接方式多种多样，常见的有焊接连接、螺栓连接、铆接连接等。
不同的连接方式对节点连接刚度的影响也有所不同。
焊接连接是将节点部件通过焊接工艺连接起来。
焊接连接具有连接强度高、刚度大、连接面积小等特点。
然而，焊接连接的缺点是一旦焊接完成，就难以拆卸和调整。
而且焊接过程中会产生热变形，可能导致连接刚度降低。
因此，在门式刚架节点连接中，焊接连接常用于需要高强度和稳定性的部位。
螺栓连接是通过将螺栓穿过节点部件并用螺母紧固来实现连接。
螺栓连接具有方便拆卸、调整和更换的优点，适用于需要频繁拆卸和调整的节点。
螺栓连接的刚度主要取决于螺栓本身的刚度和紧固力。
螺栓连接的刚度相对较小，容易产生松动和变形，因此在门式刚架节点连接中一般用于连接刚度要求相对较低的部位。
铆接连接是使用铆钉将节点部件连接在一起。
铆接连接具有连接强度高、刚度大、连接面积小等特点，适用于需要高强度和稳定性的节点。
铆接连接的缺点是一旦连接完成，难以拆卸和调整，因此在门式刚架节点连接中一般用于连接刚度要求较高的部位。
除了连接方式，节点材料的刚度也会影响节点连接刚度。
节点材料的刚度越大，节点连接刚度越高。
常见的节点材料有钢材、铝材等。
钢材具有较高的刚度和强度，适用于承受大荷载的节点连接。
铝材具有较低的刚度和强度，适用于承受小荷载的节点连接。
连接材料的性质也会影响节点连接刚度。
连接材料的性质包括硬度、强度、抗腐蚀性等。
连接材料的硬度和强度越大，节点连接刚度越高。
同时，连接材料的抗腐蚀性也是节点连接刚度的重要因素，因为节点连接常常处于恶劣的环境中，容易受到腐蚀和疲劳破坏。
门式刚架节点连接刚度是门式刚架结构中一个重要的性能指标。
门式刚架梁柱连接节点域刚度验算
门式刚架梁柱连接节点域刚度验算门式刚架梁柱连接节点域刚度验算是结构工程中的重要内容，为了保证建筑物的稳定性和安全性，需要对连接节点域的刚度进行验算。
下面以人类的视角来描述这个过程。
连接节点域刚度验算是为了确保门式刚架梁柱连接处的稳定性和承载能力。
在进行验算之前，需要了解连接节点域的构造和材料特性。
首先，我们需要考虑连接节点的类型，常见的有焊接节点和螺栓连接节点。
接下来，我们需要了解连接节点的材料，包括梁柱材料和连接件材料的强度和刚度参数。
在进行连接节点域刚度验算时，我们需要确定连接节点的刚度和承载能力是否满足设计要求。
刚度是指连接节点在受力时的变形能力，承载能力是指连接节点在受力时的负荷能力。
为了保证连接节点的刚度和承载能力，我们可以采用静力分析和有限元分析的方法。
静力分析是通过受力平衡条件和变形平衡条件，计算连接节点受力和变形的方法。
我们可以根据连接节点的几何形状和受力情况，建立静力平衡方程组，然后求解得到连接节点的受力和变形。
有限元分析是一种数值计算方法，可以通过将连接节点划分为若干个小单元，建立节点单元间的力学关系，然后通过求解有限元方程组来计算连接节点的受力和变形。
通过静力分析和有限元分析，我们可以得到连接节点域的刚度和承载能力。
如果连接节点域的刚度和承载能力满足设计要求，那么连接节点的设计是合理的。
如果连接节点域的刚度和承载能力不满足设计要求，我们可以通过改变连接节点的几何形状、增加连接件的数量或者改变材料的强度来提高连接节点的刚度和承载能力。
连接节点域刚度验算是确保门式刚架梁柱连接处稳定性和安全性的重要环节。
通过静力分析和有限元分析，我们可以评估连接节点的刚度和承载能力，从而确保连接节点的设计满足建筑物的要求。
这样可以保证建筑物的稳定性和安全性，为人们提供一个安全可靠的居住和工作环境。
门式刚架半刚性节点的刚度分析1doc
门式刚架半刚性节点的刚度分析第一章绪论1.1轻型门式刚架结构的介绍人们对轻钢建筑的认识最初理解只是自重轻,主要指最常见的单层(含夹层)实腹式钢架轻型钢结构金属面板房屋。
但事实上，具有同样“轻”的特点的金属建筑还很多，如轻型多层钢结构房屋，轻型波形折皱拱壳屋盖(房屋)，轻型桁架屋盖，轻型板片空间结构屋盖(房屋)等，其结构形式迥然。
要严格定义轻钢建筑是困难的，综合其共同的结构特点，本文给出如下定义:轻钢建筑亦称轻型钢结构建筑，是指以轻型冷弯薄壁型钢、轻型焊接和高频焊接型钢，薄钢板，薄壁钢管，轻型热轧型钢及以上各构件拼接、焊接而成的组合构件等为主要受力构件，大量采用轻质围护隔离材料的低层和多层建筑[1]。
轻钢建筑结构具有如下特点:（1）构造简单，材料单一容易做到设计标准化定型化，构件加工制作工业化，现场安装预制装配化程度高。
销售、设计、生产可以全部采用计算机控制，产品质量好，生产效率高。
（2）自重轻。
降低了基础材料用量，减少构件运输、安装工作量，并且有利于结构抗震。
（3）工期短。
构件标准定型装配化程度高，现场安装简单快速，一般厂房仓库签定合同后2-3个月内可以交付使用。
因为没有湿作业，现场安装不受气候影响。
（4）可以满足多种生产工艺和使用功能的要求。
轻钢建筑结构体系在建筑造型、色彩以及结构跨度、柱距等方面的选择上灵活多样，给设计者提供了充分展示才能的条件。
（5）绿色环保轻钢建筑结构属于环保性、节能性产品，厂房可以搬迁，材料可以回收。
（6）价格适宜。
随着我国钢产量的增加，钢材价格的下调，竞争的激烈，轻钢结构建筑与同类砖混结构建筑相比，造价持平或略低。
低层轻钢建筑指两层以下(含两层)的轻钢房屋建筑，主要有实腹式、门式刚架或排架，也可采用格构式构件。
其各榀钢架(含端墙体系)靠墙梁、檩条和各类支撑体系，构成空间的承力体系。
门式刚架轻钢建筑是我国当前最常见和最受欢迎的轻钢建筑形式，在国内低层金属建筑中占垄断地位，也是人们通常印象中的轻钢建筑。
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门式刚架节点螺栓连接的刚度分析
本文通过《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（2012年版）（下文简称《规程》）7.2节新增节点设计内容，根据节点转动刚度公式，分析了提高门式刚架节点刚度的各种措施，得出了结构设计工作中如何满足刚性节点要求的一些有效措施。
并从工程实际问题出发，提出了一些工程实际应用中具体面临的问题。
标签：门式刚架；梁柱连接；刚性节点
1 概述
梁柱连接是门式刚架结构的一个基本组成部分，对于整个结构的受力与安全具有重大影响。
一旦连接发生破坏，结构构件再强也不能发挥作用。
门式刚架的梁和柱通常采用半刚性的螺栓端板连接，这种梁柱连接设计有些达不到刚节点要求，不仅使刚架的位移增大，还使其承载力下降。
多跨刚架，中柱全部用摇摆柱时，边柱和梁连接的刚度更是举足轻重[2～4]。
《规程》将梁与柱端板连接节点的刚度计算内容加入修订条文，要求把连接节点设计成全刚性的[1]。
本文针对《规程》中新增刚接节点的相应内容，由EXCEL编写了节点刚度计算程序，分析了提高门式刚架节点刚度的措施，提出了结构设计工作中如何满足节点刚度要求的一些有效措施和具体面临的问题。
2 节点刚度设计探讨
梁柱连接节点在弯矩M作用下发生转动，梁端转角大于柱顶转角，二者之差θ即为梁与柱的相对转角。
则节点的转动刚度为产生单位相对转角所需要的弯矩，即R=M/θ。
由公式可知θ角越小，节点刚度愈大，越接近完全刚性。
节点的相对转角θ由主要由柱腹板区的剪切变形、螺栓拉伸、端板及柱翼缘弯曲变形产生，其中，主要为端板弯曲和柱剪切变形。
2.1影响节点刚度的因素分析
《规程》中单跨门式刚架梁与柱的连接节点，转动刚度R按照（7.2.21-1）计算。
多跨框架的中柱为摇摆柱时，式中的系数应适当提高，可取40或50。
式中：R——刚架横梁与柱连接节点的转动惯量；
Ib——刚架横梁跨间的平均截面惯性矩；
lb——刚架横梁的跨度；
E——钢材的弹性模量。
节点构造形式可以有多种形式，如梁柱节点横接、竖接和斜接等。
由公式可得出螺栓的强度等级对提高节点刚度没有明显的效果。
同时可知，R与刚架横梁的Ib和lb有关。
另外，调整端板外伸部分的螺栓中心到其加劲肋外边缘的距离ef，也可以大幅度的改变节点刚度。
当端板厚度增加时，其弯曲变形随之减小，因此提高端板厚度也可增大节点刚度[3]。
节点域设置斜加劲肋和加厚腹板也是提高节点刚度的有效方式，主要是增大了节点域的弯曲和剪切变形能力，同时有增大刚度的作用。
文献[5]指出高强螺栓加的预拉力也对节点连接刚度有增强作用。
在一定条件下，提高节点刚度也可以采用上述两种或多种方式的结合。
2.2工程设计中提高节点刚度的有效措施
为方便直观的了解提高梁柱端节点和中间节点刚度措施的效果，取单跨和双跨门式刚架，跨度为L=18～24m，檐口高度H=8m，屋面坡度取5%，梁柱均为对称截面。
表2为表1各类型的刚架梁柱节点横接和竖接的节点刚度，端板厚度均取为20mm，端板宽度取梁柱截面较大值+（20mm～30mm），螺栓中心到其加劲肋外边缘的距离ef均取为45mm。
当不满足刚性节点时，采用加厚腹板和斜加劲肋措施提高节点刚度。
其中，为便于计算和比较，腹板厚度加厚到8mm，斜加劲肋采用-8mm×90mm，斜加劲肋角度取为45度。
（见表2）
从表1、2中可知，对于单跨刚架，端节点刚度值横接和竖接时相同，都不满足刚性节点的要求，采取加厚腹板方式和设置斜加劲肋方式都能达到刚性节点要求。
节点域设置斜加劲肋可起到减小节点剪切变形、增大刚度的作用，这主要是由于端板斜放增大了抗弯力臂，同时又大大减小了节点域剪切变形。
但是由于屋面支撑在檐口处一般设置通长系杆，有些钢结构公司习惯设置连接件将系杆与刚架梁柱连接，而连接件一般与斜加劲肋相碰，影响工程安装。
节点域加厚腹板增大了节点域的弯曲和剪切变形能力，也是提高节点刚度的一个有效方式，而且施工安装方便。
表1双跨刚架类型3、4中，刚架梁的截面相同，跨度不同，可知类型3刚架梁的平均线刚度大于类型4刚架梁的平均线刚度。
由表2节点刚度计算值可知，不论是端节点还是中间节点，对于梁柱横接与竖接方式，类型3的节点刚度值远小于类型4，类型3的节点刚度不满足刚性节点，而类型4的节点均达到刚性节点。
从某种意义上看，节点刚度与刚架横梁的线刚度有关，梁的线刚度愈大，连接所需要的转动刚度愈大，即刚架梁的平均线刚度愈大，节点刚度愈小。
因此，降低梁的线刚度，能从根源上减小节点的转动刚度。
2.3工程设计中提高节点刚度面临的具体问题
工程中，有些门式刚架承受的荷载大，而跨度小时，刚架在端节点的刚度值往往较小，其值远远小于25EIb/lb，往往需要设置厚度异常大的斜加劲肋才能满足要求，或者把节点域腹板加到几倍厚度等级才能达到完全刚接节点。
又如，门式刚架中由于条件限制，必须要设置门式支撑时，其节点刚度往往很小，很难通过措施达到刚接节点要求。
对于门式端跨刚架，当设置抗风柱和抗风交叉支撑时，使得跨度减小，虽然梁柱截面较小，梁柱连接端节点刚度也会非常小，甚至小于10EIb/lb。
这时不管采用何种措施，节点刚度都很难满足40EIb/lb。
以上这些是工程实际面临的具体问题，是不是必须要满足刚接点要求，还有待进一步的考虑。
欧洲规范规定：当节点的初始弹性刚度大于下列规定值时，節点为刚性节点。
无支撑结构为25EIb/Lb，有支撑结构为8EIb/Lb[6]。
对于端刚架，由于柱间交叉支撑的作用，能很大程度的提高刚架柱的位移，同时梁间的挠度也有大幅度的提高，节点刚度值的控制适当降低或者梁柱节点设置成半刚性的连接，笔者认为是可行的。
3 结论
本文讨论了梁柱节点刚度的影响因素，分析了工程设计中提高节点刚度的一些有效措施。
工程中有些节点连接为半刚性连接，设置成刚性节点存在着具体的问题，对于这些实际的问题，究竟如何把握，应引起足够重视。
参考文献：
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