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【土木吧】梁腹板到底抗不抗弯?

发布于:2018-05-24 13:40:24 来自:建筑结构/混凝土结构 [复制转发]

  在高层钢框架抗震设计中, 梁与柱刚性连接的计算一直是一个令人困扰的问题。梁柱连接有两种形式, 在现场连接时, 为了施工方便,采用翼缘焊接腹板栓接(图4-20(a));在工厂将短悬臂与柱进行焊接,现场将梁与短悬臂拼接(图4-20(b))。后一种连接形式其实是梁的拼接,且《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-2015不推荐这一连接形式(本书后文会有详细解释),因此本书仅介绍前一种梁柱刚接连接方式的计算方法。


1.各版本规范对梁柱刚接计算方法的规定

(1)《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-98、《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001上世纪80 年代以来, 美国加州规范规定,在梁-柱抗弯连接中, 采用 弯矩由翼缘连接承受, 剪力由腹板连接承受 的计算方法, 但当翼缘的塑性截面模量小于截面塑性抗弯模量的0.7倍时,在梁腹板连接板的上下角增加角焊缝(图4-21(a)), 其承担的弯矩应相当于梁端弯矩的20 %。

        日本采用类似方法,称之为“常用设计法” , 但对腹板螺栓连接一律加强, 规定腹板的螺栓连接应按保有耐力(连接的承载力大于构件的塑性承载力)设计, 且螺栓不得少于2~3 列(图4-21(b)), 但在设计标准中没有明文规定[4.11]、[4.12]。

        《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001第8.3.4条文说明指出:美国加州1994年诺斯里奇地震和日本1995年阪神地震,钢框架梁柱节点受严重破坏。美国和日本这两种不同构造所遭受破坏的主要区别是,日本的节点震害仅出现在梁端,柱无损伤,而美国的节点震害是梁柱均遭受破坏。

        我国《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-98是在1987 年底开始编制的, 当时虽然看到了美国标准加强腹板连接的措施, 却未看到日本有类似规定, 对于日本用不同的方法处理腹板抗弯缺乏体会, 对于加强腹板连接的必要性缺乏认识, 因此未将加强措施列入。直到使用过程中, 发现很高的梁腹板连接只有很少几个螺栓时, 才感到不对头。在2001版抗震规范修订时, 审查组建议当符合美国加州规范所述条件时, 腹板用两列螺栓, 且螺栓总数应比抗剪计算增加50%。        

        《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001第8.3.4条3款规定:当梁翼缘的塑性截面模量小于梁全截面塑性截面模量的70%时,梁腹板与柱的连接螺栓不得少于二列;当计算仅需一列时,仍应布置二列,且此时螺栓总数不得少于计算值的1.5倍。规范此条的意思就是梁翼缘较弱时,需要腹板帮忙承受弯矩,但是腹板承担多少弯矩,规范没有说明,一些软件及参考书根据腹板惯性矩占全截面惯性矩的比例,将弯矩分配给腹板,腹板在弯矩和剪力共同作用下计算螺栓。连接处内力(弯矩和剪力)的取值,也有很多种取法,可以取构件的设计内力,也可以取构件的承载力。

(2)《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010

    《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010第8.2.8条文说明规定:需要对连接作二阶段设计。第一阶段,要求按构件承载力而不是设计内力进行连接计算,是考虑设计内力较小时将导致连接件型号和数量偏少,或焊缝的有效截面尺寸偏小,给第二阶段连接(极限承载力)设计带来困难。

    (3)《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-2015

    钢框架梁柱连接,弯矩除由翼缘承受外,还可由腹板承受,但由于箱形柱壁板出现平面外变形,过去无法对腹板受弯提出对应的计算公式,采用弯矩由翼缘承受的方法,当弯矩超出翼缘抗弯能力时,只能采用加强腹板连接螺栓或采用螺栓连接和焊缝并用等构造措施,做到使其在大震下不坏。日本建筑学会于1998年在《钢结构极限状态设计规范》中提出,梁端弯矩可由翼缘和腹板连接的一部分承受的概念,于2001 提出完整的设计方法,2006 年又将其扩大到圆管柱。新方法的特点可概括如下:①利用横隔板(加劲肋)对腹板的嵌固作用,发挥了壁板边缘区的抗弯潜能,解决了箱形柱和圆管柱壁板不能承受面外弯矩的问题;②腹板承受弯矩区和承受剪力区的划分思路合理,解决了腹板连接长期无法定量计算的难题;③梁与工形柱(绕强轴)的连接,以前虽可用内力合成方法解决,但计算繁琐,新方法使计算简化,并显著减少螺栓用量,经济效果显著,值得推广。

    因此,在《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-2015中, 首次将腹板定量计算列入了规范

    《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-2015第8.1.1条、第8.1.2条规定:抗震设计时,构件按多遇地震作用下内力组合设计值选择截面;连接设计应符合构造措施要求,按弹塑性设计,连接的极限承载力应大于构件的全塑性承载力。梁与H 形柱(绕强轴)刚性连接以及梁与箱形柱或圆管柱刚性连接时,弯矩由梁翼缘和腹板受弯区的连接承受,剪力由腹板受剪区的连接承受。梁与柱的连接宜采用翼缘焊接和腹板高强度螺栓连接的形式。梁腹板用高强度螺栓连接时,应先确定腹板受弯区的高度,并应对设置于连接板上的螺栓进行合理布置,再分别计算腹板连接的受弯承载力和受剪承载力。

   各版本规范梁柱刚接计算方法

规范

梁柱刚接计算方法

GB 50011-2001

当梁翼缘的塑性截面模量小于梁全截面塑性截面模量的 70% 时,梁腹板与柱的连接螺栓不得少于二列;当计算仅需一列时,仍应布置二列,且此时螺栓总数不得少于计算值的 1.5 倍。

GB 50011-2010

需要对连接作二阶段设计。第一阶段,要求按构件承载力而不是设计内力进行连接计算,是考虑设计内力较小时将导致连接件型号和数量偏少,或焊缝的有效截面尺寸偏小,给第二阶段连接 ( 极限承载力 ) 设计带来困难。

JGJ 99-2015

1. 抗震设计时,构件按多遇地震作用下内力组合设计值选择截面;连接设计应符合构造措施要求,按弹塑性设计,连接的极限承载力应大于构件的全塑性承载力。

2. 《建筑抗震设计规范》 GB 50011-2001 方法仍然适用。当梁翼缘的塑性截面模量小于梁全截面塑性截面模量的 70% 时,梁腹板与柱的连接螺栓不得少于二列;当计算仅需一列时,仍应布置二列,且此时螺栓总数不得少于计算值的 1.5 倍。


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只看楼主 我来说两句抢沙发
这个家伙什么也没有留下。。。

混凝土结构

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