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淺析鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的剛接、鉸接及半剛性連接

連接節(jié)點(diǎn)的類別，根據(jù)節(jié)點(diǎn)處傳遞荷載的情況，所采用的連接方法以及細(xì)部構(gòu)造，按節(jié)點(diǎn)的力學(xué)特性，可以分為剛性連接節(jié)點(diǎn)、鉸接連接節(jié)點(diǎn)以及半剛性連接節(jié)點(diǎn)。

節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)構(gòu)造應(yīng)當(dāng)與理論計(jì)算模型相一致。不同連接節(jié)點(diǎn)的細(xì)部構(gòu)造將會(huì)影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力特征以及出現(xiàn)不同的內(nèi)力重分布和撓曲變形。

例如，鋼框架在結(jié)構(gòu)分析時(shí)，梁柱的連接通常假定為剛接或鉸接，剛接時(shí)需將梁的翼緣與柱焊接，同時(shí)將梁的腹板與柱翼緣焊接，或通過螺栓與柱翼緣上的節(jié)點(diǎn)板連接，而鉸接則僅需將梁的腹板通過螺栓和柱相連接，前者構(gòu)造復(fù)雜且梁跨中截面不能充分利用，后者盡管構(gòu)造簡(jiǎn)便，但僅利用了梁跨中截面且結(jié)構(gòu)的變形較大，采用梁柱的半剛性連接則能避免其不足。

鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性、受力特點(diǎn)、荷載情況和工作環(huán)境等因素選用節(jié)點(diǎn)形式、材料與加工工藝。在具體的設(shè)計(jì)中，為使連接節(jié)點(diǎn)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，應(yīng)根據(jù)連接節(jié)點(diǎn)的位置及其所要求的強(qiáng)度和剛度，合理地確定連接節(jié)點(diǎn)的形式、連接方法、具體構(gòu)造、基本公式以及理論分析模型。

 連接節(jié)點(diǎn)的剛性大小可以通過彎矩M-曲率φ關(guān)系曲線來描述。理論的絕對(duì)剛性連接節(jié)點(diǎn)需要能夠傳力彎矩M、剪力V以及軸力等，在彎矩M作用下截面的曲率φ=0，也即不發(fā)生轉(zhuǎn)角，抗彎剛度無窮大；理論的絕對(duì)鉸接是完全不能承受彎矩，也即抗彎轉(zhuǎn)動(dòng)剛度等于零。

而對(duì)于半剛性連接節(jié)點(diǎn)，其連接既非完全剛性，又非理想鉸接，其節(jié)點(diǎn)處的彎矩和相對(duì)轉(zhuǎn)角關(guān)系是呈非線性的，它的轉(zhuǎn)動(dòng)特性介于完全剛接和理想鉸接兩者之間，既可以傳遞一定的彎矩，又會(huì)在構(gòu)件之間產(chǎn)生一定的相對(duì)轉(zhuǎn)角。

對(duì)鋼框架而言，試驗(yàn)結(jié)果表明，真正剛接或鉸接的框架是不存在的，所有鋼框架梁柱連接節(jié)點(diǎn)都是半剛性的。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，所謂剛接連接節(jié)點(diǎn)在正常使用工況下截面幾乎不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)曲率，更接近理論上的絕對(duì)剛性連接節(jié)點(diǎn)，所謂的鉸接連接節(jié)點(diǎn)在正常使用工況下很容易發(fā)生截面轉(zhuǎn)動(dòng)，更接近理論上的絕對(duì)鉸接連接節(jié)點(diǎn)，因?yàn)榭梢苑謩e視為剛接與鉸接進(jìn)行理論計(jì)算。

而對(duì)于半剛性連接節(jié)點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮剛度降低的影響，如果將其假設(shè)成剛性連接或鉸接的結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析，由于其假設(shè)的內(nèi)力狀況與實(shí)際受力的狀況不同，得出的結(jié)果很可能是不可靠的，目前較為準(zhǔn)確的方法是考慮二階效應(yīng)、節(jié)點(diǎn)本構(gòu)與材料非線性的高階分析分析方法

        半剛性連接一般采用端板、角鋼、槽鋼、連接件等組合連接方式，連接形式更適合當(dāng)下推崇的建筑工業(yè)化的裝配式建造方式，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)無焊接作業(yè)，施工便捷，目前應(yīng)用也較為廣泛。研究表明，連接剛度大小排序：短T形半剛性連接＞端板半剛性連接＞頂部底部角鋼半剛性連接＞局部端板半剛性連接＞腹板雙角鋼半剛性連接＞腹板單角鋼半剛性連接。

        采用半剛性連接進(jìn)行準(zhǔn)確分析時(shí)應(yīng)注意，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50017-2017第5.1.4條，梁柱采用半剛性連接時(shí)，應(yīng)計(jì)入梁柱交角變化的影響，在內(nèi)力分析時(shí)，應(yīng)假定連接的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線，并在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，保證節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造與假定的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線符合。