锅炉钢结构中轴向拉力作用下梁端铰接节点设计-连接件厚度和撬力的计算.pdf

第 4期 2 0 1 3年 7月 锅炉制造 BOI LER MANUF ACTURI NG No ． 4 J u 1 ． 2 01 3 文章编号 C N 2 3 1 2 4 9 2 0 1 3 0 4 0 0 1 8 0 3 锅炉钢结构 中轴 向拉力作用下梁端铰接节点设计 连接件厚度和撬力的计算 陈世容， 周 波， 周 俊 杭州华电技术开发有限公司， 浙江 杭州 I 3 1 0 0 1 0 摘要 在锅炉钢结构梁端铰接节点设计中， 经常遇到梁端存在轴 向拉力作用的情况。但是在大多数钢结构 节点设计资料中， 对于梁端铰接节点均回避了轴向拉力的作用， 只提供了梁端部剪力作用下的设计方法。本 文总结了三种不同的针对轴向拉力作用下梁端铰接节点连接件厚度和撬力的计算方法， 并进行分析比较。 关键词 钢结构 ； 铰接节点； 轴向拉力作用 ； 连接件厚度； 撬力 中图分类号 T K 2 2 3 ． 1 文献标识码 A I n t h e De s i n g n o f Be a m e n d S i mp l e J i o n t Un d e r T e n s i l e F o r c e t h e Ca l c u l a t i o n o f El e m e n t Th i c k n e s s a n d Pr y i ng Fo r c e C h e n S h i r o n g， Z h o u B o， Z h o u J u n H a n g z h o u S T E L d e t a i l i n g C o ． ， L t d ． ， H a n g z h o u 3 1 0 0 1 0 ， C h i n a Ab s t r a c t I n t h e d e s i g n o f t h e s i m p l e j o i n t a t b e a m e n d i n b o i l e r s t e e l s t r u c t u r e ， w e o ft e n e n c o u n t e r e d t h e s i t ua t i o n t h a t t h e a x i a l t e ns i l e f o r c e e x i s t i n b e a m e n d s ．Ho we v e r ， i n mo s t i n f o r ma t i o n o f t h e s t e e l s t ruc t u r e c o n n e c t i o n j o i n t d e s i g n ， t h e d e s i g n m e t h o d o n l y c o n s i d e r e d t h e r o l e o f t h e s h e a r f o r c e f o r s i mp l e j o i n t a t t h e b e a m e n d ， b u t i g n o r e d t h e r o l e o f t h e a x i a l t e n s i o n ．U n d e r t h e a x i a l t e n s i l e f o r c e ， a i m a t t h e t h i c k n e s s o f t h e c o n n e c t i o n e l e me n t a n d p r y i n g f o r c e i n t h e s i mp l e j o i n t a t t h e b e a m e n d ， t hi s p a p e r s umma r i z e s a n d c o mp a r e s t h e t h r e e d i f f e r e n t c a l c u l a t i o n me t h o d s ． Ke y w o r d s s t e e l s t ruc t u r e ； s i m p l e j o i n t ； a x i a l t e n s i l e f o r c e ；e l e m e n t t h i c k n e s s ； p ryi n g f o r c e l 概 述 在锅炉钢结构设计 中， 主平面内与支撑连接 的梁均会产生轴向力 ， 其梁端部连接节点设计时 就需考虑轴向拉力。但是在大多数钢结构节点设 计资料中， 对于梁端铰接节点均 回避 了轴向拉力 的作用 ， 只提供了梁端部剪力作用下的设计方法。 在我国的 锅炉钢结构设计规范 G B ／ T 2 2 3 9 5 2 0 0 8 、 钢结 构高强 度螺栓 连接技 术规 程 J G J 8 2 2 0 1 1 和英 国钢结构协会 出版 的 钢结 收稿 日期 2 0 1 3一O 1一l 2 作者简介 陈世容 ， 工作于杭州华电技 术开发有 限公 司。 构铰接节点卷 1 设计方法 J o i n t s i n S i m p l e C o n - s t r u c t i o n V o l u m e l D e s i g n Me t h o d s 均有相应的计 算方法； 而中国建筑工业出版社的 钢结构连接 节点设计手册 8 5 6 中在梁与柱采用 T形连 接件连接的刚性连接节点设计 中涉及 到类似计 算方法 ， 这里 不对其 作介 绍。对 于钢 结构 构件 来说 ， 抗拉承载力 比抗剪 承载力要大得 多， 所 以 连接件厚度满 足梁端 剪力 是非 常容 易的 ， 其厚 度大多 由梁端拉力决定 。现将前 三种计算方法 介绍如下。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 陈世容， 等 锅炉钢结构中轴向拉力作用下梁端铰接节点设计连接件厚度和撬力的计算 l 9 2 计算方法 2 ． 1 方 法一 在 锅炉钢结构设计规范 G B ／ T 2 2 3 9 5 2 0 0 8 中 l 2 ． 7 ． 5对杆端有轴 向拉力 的连接 ， 连接 件 的厚度和撬力给出了明确的计算公式 。 Q I r q l r l 1 I l _ _ J 1 ． r ．6，【 1 ， ．b - 口 图 1 受杆件轴向拉力时节点连接件的受力 初选连接件厚度 俘 ㈩ 连接件厚度 ≥ 焉 2 6 从螺栓 中心线至连接件根部距离 ； d 螺栓直径 d 。 螺栓孔直径 ； 螺栓排列线处连接件净截面面积与毛 截面面积之 比， 81一 d 。 ／ l ； Z 沿连接件长度方 向， 一个螺栓 所分担 的长度 ； 卜假定 Q0时 ， 每个 高强度螺 栓所承 担的拉力 ； 产一 钢材的抗弯强度设计值 ； O t 当需要最小厚度或每个 螺栓允许最 大拉力时 的值 ， 取值如下 若 卢 ≥ 1 ， 1 ；若 1 ， 取 丁 和 1 ． 0 的较小值 ； 其中 其 忡 吉 等- 1 ⋯d ／ 2 o 从螺栓 中心线至连接件边缘 的距离 ， 不得大于 1 ． 2 5 b ； 高强度螺栓的抗拉承载力 ； 螺栓中心线处 的弯矩 与连接根 部弯 矩的比值 0 ≤ ≤1 ． 0 ， 吉 [器 一 1 】 t c 在不考虑撬力时， 按每个螺栓抗拉承 载力设计值选取的连接件厚度 ， 一 当不考虑撬力时 ， 令 O ／ 0 ， 连接件厚度 √ 4 2 ． 2 方 法二 在 钢结 构高强 度螺 栓连接 技术 规程 J G J 8 22 0 1 1 中 5 ． 2 ． 4对杆端有轴 向拉力 的 T 形连接 ， 连接件 的厚度和撬力给出了计算公式。 Q ●n Q Q J J l _ l _ ■ 。 1 [6 ． 】 1 『 Q 图2 受杆件轴向拉力时节点连接件的受力 连接件厚度 一_ 4 T b 5 撬力 Q ／ 6 o ；．0 6 p I l 式中与方法一相同的符号意义 同方法一 ， 其它不 同的公式如下 p √ 1 当不考虑撬力时， 令 O t 0， 连接件厚度 √ 7 2 ． 3 方 法三 英国钢结构协会出版的 钢结构铰接节点卷 1 设计方法 J o i n t s i n S i m p l e C o n s t r u c t i o n V o l - u m e l D e s i g n Me t h o d s 3 ． 4中， 给 出了轴 向荷载存 在时， 梁端连接钢板 的厚度校核公式。 黼拗 F ≤ 1 3 ≤ 了 _ 3 一 叩 l l Q 2 一 6 6 力 中 撬 式 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 锅炉制造 总第 2 4 0期 P A l 1 I I ／ j l ．r ． r ／ f ～ 』 ／ l ／ 1 r ／ r ’ l 芒 卜 一 ／ L ● ● ／ _ _ ． 卜 ／ ／ ／ 丫 j丫 lB l 图 3 受杆件 轴向拉力时节 点连 接件 的受力 式 中与前面方法相同的符号意义同前 ， 其它如下 端板在 螺栓孔边缘 A A剖面 截 面的允许弯矩 ， M ； 端板在焊角边缘 B剖面截面 左 亦 n 一P L 。 B t 的允许弯矩 ，M 垃； P 设计抗拉强度 ； 螺栓孔边缘 A A剖面 处塑性铰的 有效长度 ， L 以 2 e n一1 ； e 螺栓孔边缘 4一 剖面 处截面有效 的螺栓端距 ， e e ≤0 ； e 从最外排螺栓 中心线至连接件端部的 距离 ； 口 从螺栓中心线至连接件边缘的距离 ； f 螺栓孑 L 边缘 A剖面 处截面沿连 接件长度方向 ， 一个螺栓所分担 的有效长度 ， f 。 Z≤ 2a 焊角边缘 BB剖面 处塑性铰 的有 效长度 ， L 口2 e B n一1 Z B； e 胡 焊角边缘 BB剖面 处截面有效 的 螺栓端距 ， e Be≤ b 3d o ／ 2； 6 ， 螺栓孔 中心线到焊角边缘 的距离 ， b gt 一2 h ／ 2； f 焊角边缘 B日剖面 处截面沿连接 件长度方向 ， 一个螺栓所分担的有效长度 ， Z f ≤ 26 3 d 0； 6 两塑性铰之问的距离， b 2b 3 一d o ／ 2； t w 梁腹板厚度 ； g 螺栓轨距 ； 公式 1 3 是塑性设 计方法。把公式 1 3 换 为 弹 性 设 计 ，即 用 M 和 M ≠代 入 ， 公式左边用 t 表达可得 ； 端板厚度 一 般情况下 l 都是小于或等于 2 a 、 2 b d 。 、 2 e 和 2 e 的， 所 以用 L L n l 代人 1 4 式可 得 端板厚度 ≥ J 15 撬力的计算公式从 钢结构铰接节点卷 1 设 计方法 附录 3可得 撬力 Q T 1 6 式中 口 撬力作用点到螺栓孑 L 中心线 的距离， 口l2t p ≤ 口 3 分析 比较 方法一和方法二均是参考了美国钢结构设计 规范 A I S C 中受拉 T形连接接头设计方法 ， 方法 一 是弹性设计 ， 方法二是塑性设计 ， 且方法二在参 数计算上作了简化。用方法三计算得出的连接件 厚度是最基本的要求 ， 与方法一 的主要 区别在于 未考虑螺栓孔和撬力对截面的削弱影响。另外 当 我们用 钢结构连接节点设计手册 中的公式计 算所得的连接件厚度 ， 若按方法一中的公式计算 时 ， 是不存在撬力的。 4 结 语 通过 以上的方法介绍与分析 ， 这里推荐采用 锅炉钢结构设计规范 中的公式计算连接件厚 度和撬力 ， 既符合我 国建筑结构 内力一般按结构 静力学方法进行弹性分析 的方式 ， 又 比较 经济。 另外当连接件单侧为双排孔 时， 只考虑 内排高强 度螺栓的抗拉能力。 参考文献 [ 1 ] G B ／ T 2 2 3 9 5 2 0 0 8 ， 锅炉钢结构设计规范 ． 北京 ， 中国标准出版社， 2 0 0 9 ． [ 2 ] J G J 8 22 0 1 1 ， 钢结构高强度螺栓连接技术规程 ． 北京， 中国建筑工业出版社， 2 0 1 1 ． [ 3 ] 钢结构铰接节点卷 1 设计方法 J o i n t s i n S i m p l e C o n s t r u c t i o n V o l u m e l D e s i g n Me t h o d s ． 英 国钢结构 协会出版 ， 1 9 9 1 ． [ 2 ] 钢结构连接节点设计手册 ． 中国建筑工业出版 社 ， 北京 ， 2 0 0 4 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m