• ●鋼結(jié)構(gòu)螺栓和高強(qiáng)螺栓有什么區(qū)別
• ●鋼結(jié)構(gòu)全螺栓連接介紹及技術(shù)要點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)螺栓和高強(qiáng)螺栓有什么區(qū)別

鋼結(jié)構(gòu)全螺栓連接介紹及技術(shù)要點(diǎn)

一


全螺栓連接的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)
全螺栓連接，顧名思義，就是連接中的主受力零件只有螺栓。鋼結(jié)構(gòu)中的柱腳、主次梁、梁柱、支撐等連接都可以實(shí)現(xiàn)全螺栓連接。


全螺栓連接雖然會(huì)增加一定的成本，但是其優(yōu)點(diǎn)還是不少的。


1.1
對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的安裝條件要求降低
螺栓連接施工時(shí)，工人只需要攜帶簡(jiǎn)單的安裝工具即可完成。而傳統(tǒng)的焊接連接則需要使用專用的焊接設(shè)備及電氣設(shè)備，對(duì)設(shè)備的依賴會(huì)更強(qiáng)。同時(shí)從規(guī)范要求來(lái)看，螺栓連接的作業(yè)要求會(huì)更為寬松，比如螺栓施工在-10℃以上的氣溫都是可以進(jìn)行的，而焊接施工在溫度較低時(shí)就要求對(duì)被連接零件進(jìn)行預(yù)熱處理了。當(dāng)然對(duì)施工單位來(lái)說(shuō)，最大的差別還是在人員的要求上。焊接作業(yè)時(shí)，要求施工人員有專業(yè)技術(shù)且安全技術(shù)考試合格,并持有合格證才可上崗，而螺栓的施工人員則沒(méi)有對(duì)應(yīng)的要求。


1.2
連接質(zhì)量可控
現(xiàn)場(chǎng)焊接屬于隱蔽工程，其質(zhì)量受各方面因素的影響很大，比如環(huán)境溫度、焊接位置、焊接水平等，所以對(duì)于要求較高的焊縫需要進(jìn)行相應(yīng)的質(zhì)量檢查才能保證其連接的強(qiáng)度。而螺栓連接則技術(shù)指標(biāo)比較簡(jiǎn)單，且有專門的工具和措施能保證其連接的可靠性。所以從連接質(zhì)量上來(lái)看，螺栓的質(zhì)量更加穩(wěn)定，而且不需要太多的額外保障措施。


1.3
環(huán)保低碳
焊接不可避免的會(huì)在現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生相應(yīng)的光污染和氣體污染，而螺栓連接過(guò)程則不會(huì)有這方面的困擾。當(dāng)前國(guó)家也正在實(shí)施“雙碳”戰(zhàn)略，要在2030年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年實(shí)現(xiàn)碳中和。對(duì)建筑業(yè)來(lái)說(shuō)，施工階段的碳排放是一個(gè)關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)采用全螺栓連接后，所有的焊接工作都可以轉(zhuǎn)入構(gòu)件工廠，通過(guò)技術(shù)手段來(lái)減低碳排放量，這樣相對(duì)現(xiàn)場(chǎng)焊接作業(yè)會(huì)更加可控。


1.4
方便后期拆卸
鋼結(jié)構(gòu)相對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)有一定的可拆卸性。當(dāng)完全采用螺栓連接以后，結(jié)構(gòu)的可拆卸性就更好，只需要將連接螺栓拆除，就可以將構(gòu)件分離。這種特性可以方便的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)局部的功能性調(diào)整。


二


全螺栓連接的設(shè)計(jì)技術(shù)條件
2.1
螺栓群的承載力計(jì)算方法
螺栓群根據(jù)其受力特性，可以分為兩種類型。
一種為螺栓受剪。首先假定其螺栓群的轉(zhuǎn)動(dòng)中心在其幾何中心，而后以最外排的螺栓達(dá)到其受剪承載力上限為極限。假定內(nèi)側(cè)的其余螺栓的剪力與其到轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離呈線性關(guān)系，以此對(duì)所有的螺栓的力矩求和，得到螺栓群的受彎承載力。

從公式中可以看到，螺栓群的受彎承載力與其幾何排布尺寸有較大關(guān)系，當(dāng)幾何排布尺寸增加時(shí)，受彎承載力也相應(yīng)增加。
另一種為螺栓受拉。首先也要假定一個(gè)螺栓群的轉(zhuǎn)動(dòng)中心，一般可假定在螺栓群的幾何中心或者連接端板可能發(fā)生塑性鉸的位置（比如相連梁的下翼緣中心）。同樣的，也以最外排螺栓達(dá)到受拉承載力作為極限。假定內(nèi)側(cè)的其余螺栓的拉力與其到轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離呈線性關(guān)系，以此對(duì)所有的螺栓的力矩求和，得到螺栓群的受彎承載力。

和上面受剪的情況一樣，螺栓群的受彎承載力也和幾何排布有很大關(guān)系。而且可以看到，如果假定中和軸在幾何中心時(shí)，有一半的螺栓實(shí)際是處于受壓狀態(tài)的，實(shí)際螺栓是不可能受壓的，所以這部分力是由端板來(lái)承擔(dān)的。


2.2
短梁連接中的特殊處理
短梁連接是一種比較特殊的全螺栓連接形式，因?yàn)樾枰A(yù)先在被連接的構(gòu)件上安裝一段短梁，而后通過(guò)梁與梁的全螺栓拼接的方式，將梁與被連接構(gòu)件連接起來(lái)。在進(jìn)行這種連接的設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意以下這些細(xì)節(jié)。


等強(qiáng)假定
在拼接連接中，最需要注意的就是等強(qiáng)假定。不同于柱邊連接，拼接連接直接采用的是構(gòu)件承載力，也就是和構(gòu)件等強(qiáng)。為什么不直接取用構(gòu)件的端部?jī)?nèi)力呢？一方面是因?yàn)槠唇游恢枚疾辉诙瞬浚瑢?shí)際內(nèi)力很難取得；另一方面，則是考慮到實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)構(gòu)件的描述是剛度連續(xù)，如果拼接處的剛度進(jìn)行削弱的話，不符合設(shè)計(jì)前提。
因?yàn)榈葟?qiáng)設(shè)計(jì)實(shí)際上是采用構(gòu)件承載力作為上限進(jìn)行設(shè)計(jì)，那么首先要確定的是這里的承載力需要采用的是構(gòu)件截面的承載力；其次要確定的是承載力的大小。考慮到連接設(shè)計(jì)的需求，截面承載力只取M和V兩項(xiàng)。而梁主要是以受彎為主，所以這里的等強(qiáng)內(nèi)力可以取最大彎矩Wf，對(duì)應(yīng)的剪力應(yīng)為此彎矩對(duì)應(yīng)的剪力。由于此時(shí)剪力和豎向荷載以及梁跨有關(guān)，不方便直接使用，所以可以簡(jiǎn)化后取截面抗剪承載力的1/2。（按全截面抗剪承載力取過(guò)于保守，沒(méi)有必要）。


彎矩傳遞系數(shù)
當(dāng)翼緣的連接板過(guò)長(zhǎng)時(shí)，考慮到剪力傳遞的滯后性，實(shí)際傳遞給腹板的彎矩會(huì)小于計(jì)算分配的數(shù)值。所以此時(shí)需要有一個(gè)參數(shù)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，適當(dāng)?shù)脑黾右砭壋袚?dān)的彎矩，同時(shí)減少腹板承擔(dān)的彎矩。這個(gè)參數(shù)的數(shù)值在抗震規(guī)范培訓(xùn)教材上也給出了建議值0.4，一般保持這個(gè)數(shù)值進(jìn)行設(shè)計(jì)即可。


2.3
極限承載力的計(jì)算原則和方法
當(dāng)結(jié)構(gòu)有抗震構(gòu)造要求時(shí)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)，需要進(jìn)行極限承載力的驗(yàn)算。極限承載力的計(jì)算可以參考抗規(guī)的8.2.8條，這里就不再贅述。但是有一點(diǎn)是需要注意，即連接的極限承載力的驗(yàn)算目的。從原理上可以知道，控制極限承載力的目的是讓節(jié)點(diǎn)的極限承載力要大于相連梁的塑性彎矩，而控制這項(xiàng)承載力的最終效果會(huì)讓梁先于節(jié)點(diǎn)發(fā)生屈服，即塑性鉸外移，以此保證豎向構(gòu)件的安全。需要達(dá)到塑性鉸外移的部位，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的17.2.9條中已經(jīng)有所規(guī)定，即塑性耗能區(qū)。如果連接已經(jīng)不在此區(qū)段內(nèi)，此時(shí)不管是連接先屈服還是構(gòu)件先屈服都已不再重要，可不進(jìn)行驗(yàn)算。


三


存在的問(wèn)題和改進(jìn)方案
3.1
樓板布置困難
當(dāng)采用短梁形式的全螺栓連接時(shí)，由于翼緣需要有連接板，所以會(huì)出現(xiàn)上翼緣不平整的問(wèn)題，這就給樓承板布置帶來(lái)了困難。所以在一些項(xiàng)目中，為了規(guī)避這個(gè)問(wèn)題，會(huì)采用靠近柱側(cè)的端板連接。


3.2
深化、加工要求較高
螺栓本身屬于緊固件，需要穿越至少兩個(gè)零件，中間有螺栓孔貫通。當(dāng)螺栓數(shù)量較多時(shí)，就要求所有的螺栓孔都必須精準(zhǔn)對(duì)位。但在實(shí)際工程中，由于深化或者加工精度不到位，可能會(huì)導(dǎo)致相關(guān)聯(lián)的零件之間螺栓孔有錯(cuò)位，引起施工困難。為了快速解決這種問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)施工人員往往會(huì)選擇強(qiáng)行讓零件變形滿足安裝條件，或者直接放棄安裝某些螺栓，這樣會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。