冷弯矩形钢管柱与工字形钢梁连接方式及其性能分析

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1、冷弯矩形钢管柱与工字形钢梁连接方式及其性能分析冷弯矩形钢管柱与工字形钢梁连接方式及其性能分析韩军科,马华,李振宝,常培勇(1.北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室,北京100022;2.北京常磐科技发展有限公司,北京100081)【摘要】通过对目前国内外梁柱连接节点及其性能分析的研究,充分考虑冷弯矩形钢管柱截面为封闭式截面的特点,提出了四类8种适合于冷弯矩形钢管柱与工字形钢梁连接的节点方式,并给出了相关的设计规定和使用条件,为我国工程设计人员提供参考.【关键词】冷弯矩形钢管柱;工字形钢梁;梁柱节点;连接方式1引言【中图分类号】TU392.1建筑结构用冷弯矩形钢管…是采

2、用冷轧或热轧钢带,经连续辊式冷弯及高频直缝焊接生产形成的矩形钢管.成型方式包括直接成方和先圆后方.建筑结构用冷弯矩形钢管是我国近年来发展的一种结构用钢,用于建筑结构柱子时,有受力合理,加工量小,成本低等优点.在欧美及日本应用已非常广泛.据日本的统计资料表明,日本从1975年左右开始在建筑结构中使用冷弯矩形钢管,随着设计方法,加工与施工技术的完善,现已成为一种不可替代的建筑结构用钢,中小钢结构建筑的柱子中90%以上都采用了冷弯矩形钢管柱.除此之外,在多高层房屋建筑中也被广泛采用.国际上,用连续辊式冷弯先圆后方方式生产的产品最大尺寸已达550mm×550mm×22mm;直接成方方式

3、生产的产品最大尺寸已达1000mm×1000mm×40mm.20世纪90年代以前,我国仅能生产180mm×180mm×8mm以下的冷弯方形管,90年代以后,随着建筑工程,机械制造工业的高速发展,特别是建筑钢结构的飞速发展,对大规格冷弯矩形钢管的需求越来越大.目前我国生产的冷弯矩形钢管大部分仍在280mm×280mm×12mm以下,远远不能满足建筑结构发展的需要.因此,我国《国家建筑钢结构产业"十五"计划和2015年发展规划纲要(草案)》明确提出要解决冷弯矩形钢管扩大规格的问题,以便更好地推广应用和发展建筑钢结构.随着我国建筑结构用冷弯矩形钢管产品标准的出台,部分大规格冷弯矩形钢

4、管也开始生产,最大尺寸达到了500×500×22或520×480×22,部分满足了建筑市场的需要.大规格冷弯矩形钢管产品虽然已供应市场,但其设计标准,施工规程等都没有形成.设计理论和方法的滞后已成为阻碍其进一步发展的重要因素.在多高层钢结构房屋的抗震设计中,梁柱连接节点设计是一个非常重要的环节,在推广应用建筑结构用冷弯矩形钢管的时候,冷弯矩形钢管柱与工字形钢梁连接方式及设计方法问题是一个急需解决的关键问题.本文正是从这个角度出发,结合国内外研究现状和工程实际,针对冷弯矩形钢管为封闭式截面的特点,提出了适合冷弯矩形钢管柱与工字形钢梁节点的4类8种连接方【文献标识码】A式,对其设计

5、,加工要点进行详细说明和分析,以期望能为工程设计人员提供参考.2冷弯矩形钢管柱与工字形钢梁(热~1.-r字形钢梁,焊接工字形钢梁)节点连接方式2.1内置横隔板(水平加劲肋)方式]对于冷弯矩形钢管柱与工字形钢梁的连接,由于柱的翼缘通常较工字形钢梁翼缘的尺寸大,在不设置内置横隔板(水平加劲肋)的情况下梁端弯矩会使柱壁板受弯而产生明显的变形,满足不了刚性连接的需要,因此不利于节点抗震.现行规范中规定,框架梁与柱刚性连接时,应在梁翼缘的对应位置设置柱的水平加劲肋(或隔板).水平加劲肋的中心线应与梁翼缘的中心线对准.对于抗震设防的结构,水平加劲肋应与梁翼缘等厚,箱形柱水平加劲肋与柱焊接时

6、,应采用全焊透坡口焊缝.近年来国内兴建的高层建筑,钢柱多采用4块钢板焊接成的箱形截面,对于这种钢柱内置横隔板的施工方法是,将内置横隔板和柱的3块壁板先焊接起来,与第4块壁板的连接只能从外面用熔化咀电渣焊来解决.当柱为冷弯矩形钢管柱时,其内置横隔板的施工方法是将冷弯矩形钢管柱在工字形钢梁截面的主轴处截断,将横隔板焊接于与工字形钢梁翼缘相应的位置,然后再将冷弯矩形钢管柱焊接在一起,如图1所示.这种内置横隔板节点虽然满足刚性节点的要求但施工不便,且横隔板位置是否正确的判断以及焊接部位的超声波探伤检查都不易进行,对组装完成后发现的焊接缺陷几乎不可能修正.如何更好地解决内置横隔板施工困难

7、的问题,日本建筑用冷成型钢产品-,中,提到一种C形建筑用柱制品(内藏横隔板型),此种产品是专门用于箱形柱的,其中有用于钢柱和用于钢管混凝土(cFTr)柱两种.它的特点是将内置横隔板分成两半,在组成箱形截面之前先将半块横隔板放入预定位置,与柱焊接,然后将两个焊有半块横隔板[收稿日期]2005一l2一l2[作者简介]韩军科,硕士研究生;马华,博士后;李振宝,教授,博士生导师.四川建筑第26卷5期2006.1077的C形钢用纵向焊缝连接成箱形.C形冷弯柱制品很好地解决了内置横隔板施工困难的问题,对