钢结构的刚接和铰接

关于钢的刚接和铰接

2009-09-25 15:13

刚性连接与铰性连接

钢结构中,梁与柱的连接通常采用3种形式，柔性连接（也称铰接）、半刚性连接和刚性连接。在工程实践中，如何判别一个节点属于刚性、半刚性或铰接连接主要是看其转动刚度,刚性连接应不会产生明显的连接夹角变形，即连接夹角变形对结构抗力的减低应不超过5%。

半刚性连接则介于二者之间。

梁柱的半刚性连接可以采用在梁端焊上端板，用高强螺栓连接，或是用连于翼缘的上、下角钢和高强螺栓。其设计要求如下：

（1）端板连接在端板连接节点中力的传递可将梁端弯矩简化为一对力偶，拉力经受受拉翼缘传递。受拉螺栓对受拉翼缘对称布置。压力可以通过端板或柱翼缘承压传递，压力区螺栓可少量设置，并和受拉螺栓一起传递剪力。

（2）上下角钢连接用上下角钢连接的节点中，受拉一侧的连接角钢在弯矩作用下，不仅竖肢变形，水平肢也变形。因此，角钢连接的刚度比端板者稍低。

连接性质的划分应由下列三项指标来表征：抗弯刚度，转动刚度，延性（转动能力）。

抗弯承载力是连接强度的主要项目，此外还有抗剪强度。刚性连接从理论上来说，承受弯矩和剪力的能力应该不低于梁的承载能力，亦即不低于梁的塑性铰弯矩和腹板全塑性剪力。地震区的框架应该要求更高，体现“强连接-弱构件”的原则。对于柔性连接则只要求其抗剪能力。半刚性连接介于刚性和柔性连接之间，必须具有一定的抗弯能力。

连接的转动刚度由弯矩-转角曲线的斜率来体现，它不是常量，转动刚度对框架变形和承载力都有影响。对变形的影响需要结合正常使用极限状态进行分析。为此，应考察连接的初始刚度或标准荷载作用下的割线刚度。刚性连接的刚度，理论上需要达到无限大，但实际上只要达到一定的限值就可以看作是刚性连接，问题在于如何从数量上做出界定。

转动能力属于延性指标，塑性设计的框架要求塑性铰部位有一定转动能力，以便后续的内力重分布能够出现。

1.刚性连接这种构造假定梁柱连接有足够的刚性，梁柱间无相对转动，连接能承受弯矩。铰支连接这种构造假定结构承受重力荷载时，主梁和柱之间只传递垂直剪力，不传递弯矩。这种连接可以不受约束的转动。

2.在钢结构框架的传统分析与设计中，为简化分析设计过程，梁柱连接被认作理想的铰接连接或完全的刚性连接，并且认为：连接对转动约束达到理想刚接的９０％以上，可视为刚接；在外力作用下，柱梁轴线夹角的改变量达到理想铰接的８０％以上的连接视为铰接。采用理想铰接的假定，将意味着梁与柱之间没有弯矩的传递，就转动而论，用铰连在一起的梁和柱将相互独立地转动.

能抵抗弯矩作用的柱脚称为刚接柱脚，相反不能抵抗弯矩作用的柱脚称为铰接柱脚，刚接与铰接的区别在于是否能传递弯矩，从实际上看，如果锚栓在翼缘的外侧，就是刚接，而且一般不少于四个，如果在翼缘内侧，就是铰接，一般为两个或四个。

这两种柱脚很明显的区别就是对侧移控制，如果结构对侧移控制较严，则采用刚接柱脚，例如有吊车荷载的情况，吊车荷载是动力荷载，对侧移比较敏感，而且侧移过大会造成吊车卡轨现象，此时应把柱脚设计成刚接柱脚。

*“如果是铰接柱脚需要加设抗剪键，地脚螺栓不能承受剪力的”本人的这句话说得有点不严谨，应该说“如果是铰接柱脚一般需要加设抗剪键”。因为钢结构铰接柱脚的柱脚轴力比较小，底板和基础砼表现的摩擦力很少能满足要求，所以多数柱脚都需要设置抗剪键

刚接与铰接的区别:

1.刚接能传递弯矩合剪力,铰接则只能传递剪力.

2.二者在构造上也有区别:刚接如为H型钢则其上下翼缘和腹板均需有连接构造;铰接如为H 型钢则只需腹板有连接构造即可.

*一点看法！！

对于柱脚受力分为：

(a) 铰接柱脚(b) 刚接柱脚

砼结构柱脚均为刚接，即同时存在轴向力N、水平剪力V和弯矩M，故基础尺寸较大。

轻钢结构常见的柱脚型式有刚接和铰接两种，其受力是不同的，

1、对于铰接柱脚，只存在轴向力N和水平力

2、对于刚接柱脚，除存在轴向力N和水平力V之外，还存在一定的弯矩M，

3、刚接柱脚的基础大于铰接柱脚。

另外请注意：

对于刚接柱脚的节点设计：

1、当用于工业厂房且有桥式吊车时，宜将柱脚设计为

刚性。

2、刚性柱脚应注意以下问题：

基础施工单位应有一定的技术水平

应设置抗剪件

* 关于刚接.铰接的问题, 理论上说,刚接铰接是指节点是否能转动,完全刚接指完全不转动,铰接是可自由转动.完全刚接就是说此节点不但能承担剪力轴力弯矩外,节点还具有足够刚度. 使节点在弯矩作用下变形很小. 理论上说,没有完全的刚接,只要有作用就有变形,在实际工程中,达到一定的刚度后,我们在工程中就认为是刚接了,如果虽然能承担弯矩,但变形较大,我们认为是半刚接,是弹性固定.铰接好理解,可自由转动,就是不能承担弯矩,那么就只能抗剪力和轴力了.具体到一个构件,如工字型构件,翼缘主要受弯,腹板主要受剪.由于此处讨论的一些同志没有学过力学,我就浅显的讲一下,对于弯矩,离形心轴越远的地方,弯矩贡献越大,所以翼缘离形心最远弯矩贡献大.剪应力在形心处最大,所以腹板主要受剪.一般地讲,具体到节点,如端板连接,凡在翼缘外布置有螺栓的,端板厚度满足要求的,就为刚接.铰接节点螺栓布置在靠近形心轴处.