第一篇：探析H型钢梁与RHS柱半冈Ⅱ性连接节点的性能.
探析H型钢梁与RHS柱半冈Ⅱ性连接节点的性能
l引言
虽然将钢结构框架梁柱连接节点假定为完全刚性节点或理想铰接节点均可以使分析和设计的过程大大简化，但在实际结构中的连接节点并非是单纯的刚接节点或铰接节点，而是存在于两种状态之间具有一定刚度的半刚性节点。将梁柱节点有意设计成半刚性节点，还可以减小现场焊接数量，提高施工进度，克服刚性节点容易发生焊缝断裂破坏、钢材延性不能得到充分发挥的弊端。H型钢梁与H型钢柱的端板栓接节点就是已被深入研究、正在走向应用的一种半刚性连接节点。
钢框架半刚性连接节点的变形可以用梁的平面内作用弯矩引起的梁柱轴线间的相对转角来表示。梁柱之间的相对转角不仅会改变梁与柱之间的弯矩分布，还会增加结构侧向位移、加剧p-A效应并进而影响整个结构的稳定性，所以应给予充分的估计。
研究钢结构框架梁柱半刚性连接节点的工作性能，提出适合切实可行的半刚性节点设计方法，有助于建筑结构分析与设计的发展。2H型钢梁与RHS柱的端板栓接节点研究现状
在框架结构中，钢梁一般都采用H型钢，钢柱大多也采用H型钢，很少采用钢管，主要原因是后者梁柱节点连接比较困难。但是钢管柱框架的经济性比采用H型钢柱的好得多，尤其在住宅建筑中，采用矩形钢管柱(简称“RHS柱”)不仅可以减少用钢量，而且便于构建美观的室内环境。研究H型钢梁与RHS柱的连接节点，有很强的实用意义。
20世纪90年代开始，随着Huck的“超扭暗螺栓…”和Lindapter的“快速管心】，’等单边螺栓系统的出现(如图1a所示)，H型钢梁与矩形钢管柱的端板连接形式成为可能(如图1b所示)；将JanClaudedeValliere的热塑钻嵋1(Flowdrill)方法(图lc)应用于H型钢梁与RHS柱的端板栓接，又使这种连接形式变得简单而快捷。然而，到目前为止，H型钢梁与RHS柱的端板栓接节点还是一种新型的半刚性连接节点，其工作性能如何还有待仔细研究。3H型梁与RHS柱端板栓接节点试验研究
本文结合我国目前的施工工艺，提出了一种端板连接形式，并对这种连接形式的节点进行了单调静力加载和低周反复加载试验，将其与焊接节点进行对比分析，得到其弯矩～转角关系，进而对其抗震性能进行初步的研究。与国外的端板连接不同之处在于，这种连接所用螺栓为常用的高强度螺栓，螺栓通过柱壁上丝扣的咬合力和摩擦力将力传递到柱壁，而不采用快速管或热塑钻等方法。3．1试件的设计
试件采用取自多层框架结构在水平荷载作用下梁柱反弯点之间的典型节点(边柱节点和中柱节点)的足尺模型，其名称及主要参数详见表l。
试件均采用常用材质和规格，钢材等级为Q345B，梁、柱钢材规格分别为I-1250×150X6X8和口250X150X8。梁长1700mm，柱长1800mm。试件示意图详见图2。
经有限元分析发现，端板厚度和柱壁厚度以及螺栓抗拉刚度是影响节点刚度的主要因素。当端板厚度和柱壁厚度(采用衬管对节点域进行加强的则为柱壁厚度与衬管厚度之和)增加到梁翼缘厚度的2倍以上之后，节点承载力的增幅已趋于微小，故试件中的端板厚度和带衬管的柱壁厚度都取为梁翼缘厚度的2．5倍，即为20rnm。为确保单个螺栓的抗拉刚度，螺栓仍像H型钢梁与H型钢柱端板栓接节点一样采用高强度螺栓，不过只是适量施加预拉力。
梁柱连接处梁截面所能承受的最大弯矩为肘=114．7kNm，可由此计算出梁悬臂端的屈服荷载，．=71．7kN，极限荷载F。=1．2F=86．02kN。在屈服荷载作用下梁悬臂端的挠度为34．3mm，在塑性状态下为67mm，考虑到材料的强化及试验误差，将该值扩大为2．5倍，得到破坏时梁悬臂端的挠度约为167ram，据此选择千斤顶和位移计的量程。
由于节点取自结构的反弯点处，故柱的两端可用铰接支座。为模拟节点的实际受力情况，在柱上端采用量程为100t的千斤顶对其施加轴力。反复加载试验时，采用一台油泵同时控制两台量程为50t的千斤顶，每台千斤顶上放置一个量程为20t的压力传感器以控制施加的荷载的大小。试验加载装置如图3所示。
3．2试验加载方式
(1)单调静力加载试验加载时，柱子上保持800kN的轴力不变。屈服前荷载等级为15kN，屈服后改为5kN直到破坏；
(2)低周反复加栽试验加载时，先在柱子施加轴向荷载800kN。梁两端同时施加等值反向荷载，开始预加反复荷载二次。其目的在于检验各试验设备是否正常工作以及节点连接情况。试验开始时采用荷载控制，分级荷载差值为20kN，接近屈服时为每级10kN，每级荷载循环三次，屈服后采用位移控制，位移差值为屈服位移，每级位移循环三次。3．3试验结果与分析
通过上述试验得到梁悬臂端的极限荷载P。梁中点处的极限挠度△。梁柱连接处梁截面的极限弯矩膨。、极限转角口。以及节点的初始转动刚度尺。和节点的破坏形式，各试件的试验结果汇总于表2。各试件的弯矩。转角(骨架)曲线图如图4所示。
4试验结果分析与结论
(1)H型钢梁与RHS柱的端板栓接节点制作时端板、柱壁和衬管上的螺孔必须同时精确定位；安装时螺栓的预紧力尚宜结合试验确定(预紧力过大可能导致丝扣发生塑性变形或被磨平)。本文在试验过程中没有发现有螺栓被拔出的现象，说明H型钢梁与RHS柱的端板栓接是可行的。
(2)采用外衬管与采用内衬管对节点域进行加强的效果(承载能力、初始转动刚度等)基本相当。在实际加工中，采用内衬钢管不仅施工复杂而且不宜对其的焊接质量进行检查，若采用外衬钢管，则施工比较方便可靠，有时柱子也不必断开。
(3)H型钢梁与RHS柱端板栓接节点试件5(DHR．D18一BPl2一D20)由于发生整体失稳较早破坏，故其承载能力较小。其它两个端板栓接节点(试件1SHR—EBPl2．D20和试件4DHR．BPl2．D20)的承载能力大致相等，约为焊接连接节点的85％。
(4)H型钢梁与RHS柱端板栓接节点的初始转动刚度约为1．0×104kN•m／tad，比焊接连接节点的小得多，比H型钢梁与H型钢柱端板栓接节点的初 始转动刚度略小(如西安科技大学郭兵得到的试验结果为(1．13～1．75)×104kN•m／tadDl)。节点破坏时焊接连接节点的塑性转角均未达到美国FEMA．971171(FederalEmergenceManagementAgency)要求的O．03rad，而端板栓接节点的塑性转角都超过0．03rad，说明端板栓接节点的转动能力大于焊接连接节点。
(5)对比试件4(DHR．BPl2．D20)和试件6(DHR．DI．VP)的滞回曲线(图5)，发现端板栓接的节点的滞回曲线比焊接连接的饱满
(7)在焊接连接节点中，发生的破坏主要是焊缝破坏，致使这类节点不能充分发挥作用，由此说明焊接工艺及施工水平对焊接节点性能影响较大。5H型钢梁与RHS柱端板栓接节点的有限元分析
采用非线性有限元对各种参数进行了分析，以了解影响端板栓接节点性能的主要因素，为进行节点性能的理论分析提供依据，并找到提高节点性能的方法。这些参数为端板厚度t。、外衬管(内衬管)厚度t”螺栓相对梁翼缘间距g、螺栓相对梁腹板间距P以及梁截面尺寸、柱截面尺寸、柱长细比及柱轴压比等。计算中，柱、梁、端板及加劲板的材料特性定为相同，螺栓直径为20mm。端板厚度、内衬管厚度对刚度和承载力的影响程度分别如表3、4所示；梁柱截面尺寸对节点初始刚度的影响程度如表5所示；螺栓横向、竖向间距对刚度和承载力的影响程度分别如表6、7所示；柱轴压比、梁柱刚度比对初始刚度的影响程度分别如图7、8所示。
从所列表格和图形可以看出，影响节点刚度的
主要因素为端板厚度、内衬管厚度：梁柱截面尺寸及螺栓间距，它们的影响情况归纳如下：
(1)随着端板厚度的增加，节点的初始刚度增大，增加的趋势由快到慢，但节点的延性减小；
(2)随着内衬管厚度的增加，节点的初始刚度增大，但节点延性变化不是很明显；
(3)随着梁柱刚度比的增加，节点的刚度增大；
(4)适当增大螺栓横向间距，减小螺栓竖向间距可以提高节点的初始刚度。6结论
H型钢梁与RHS柱端板栓接节点是一种新型而可行的半刚性连接节点。本文采用内衬管和外衬管对节点域进行加强的端板栓接节点，承载能力都在焊接节点的85％左右，它们的转动能力都明显大于焊接节点，抗震性能也明显优于焊接节点。H型钢梁与RHs柱端板栓接节点特别适宜在有抗震设防要求的住宅钢结构中推广使用。但这种节点制作时加工的技术要求较高，且安装时螺栓的预紧力尚宜结合试验确定 [参考文献] [1]施刚．多层钢框架半刚性端板连接的试验研究[J]．清华大学学报(自然科学版)，2004，44(3)．
[2]J．沃登尼尔．钢管截面的结构应用[M]．同济大学出版社，2004。133—134．
[3]郭兵等．多层钢框架中梁柱端板连接的强度和刚度[J]．建筑结构学报，2004，27(2)．
[4]郭兵等．粱柱端板连接的破坏模式及弯矩转角关系[J]．土木工程学报，2002，23(5)．
[5]王燕．钢框架粱柱半刚性节点在循环荷载作用下的试验研究[JJ．工业建筑，2001，35(12)．
第二篇：钢骨柱与混凝土梁连接节点分析论文
钢骨柱与混凝土梁、柱连接节点分析
张迎松，贾彦学，汪小伟，刘斌
（中国建筑第八工程局有限公司，上海，200125）
摘要：以山东黄金时代广场西地块A座（主楼）项目为背景，对比分析钢骨柱与混凝土梁、柱连接节点并介绍其施工工艺。关键词：钢骨柱；节点；深化；控制；施工工艺
Analysis of joint between steel column and concrete beam and column Zhang Yingsong,Jia Yanxue,Wang Xiaowei,Liu Bin(China Construction Eighth Engineering Bureau Ltd，Shanghai，200125，China)Abstract: Taking the A block(main building)of the west block of the golden age square in Shandong as the background, the connections between the steel column and the concrete beam and column are compared and the construction technology is introduced.Keywords: Steel column;node;deepening;control;construction process.地下室平面布置如图2所示。1 工程概况
本工程地下4层，地上45层（不含机电层），建筑高度218m，总建筑面积14.6万㎡。本工程结构体系为型钢混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构，钢结构主要分布于地下室、塔楼地上及多功能厅屋盖，核心筒结构为劲性钢柱和混凝土剪力墙，外框结构为地上为劲性十字柱和钢梁，地下为劲性十字柱和混凝土梁。
图2 地下室梁柱平面布置 节点简介
2.1 梁柱节点-套筒连接节点
混凝土梁筋与钢骨柱通过套筒连接，节点见图3。套筒一端焊接在钢骨柱翼缘上，另一端与混凝土梁筋拧紧，从而实现钢筋与钢骨柱的连接。图1 项目整体效果图
本工程地下室为劲性十字柱钢骨柱+混凝土梁结构，每层有48根钢骨柱，平均每层有96根混凝土梁与钢骨柱连接，每层约有142个劲性节点，因此如何保证钢骨柱与混凝土梁筋的连接质量和施工效率是本工程的重难点。
图3 套筒连接节点示意
2.2梁柱节点-型钢牛腿连接节点
混凝土梁筋与钢骨柱通过型钢牛腿连接，节点见图4。在钢骨柱与混凝土梁连接处设置型钢牛腿，混凝土梁筋直接搭接于型钢牛腿上，然后将钢筋与型钢牛腿焊接在一起，钢筋双面焊接长度不小于5d。
图4 钢牛腿连接节点示意
2.3 梁柱节点-粱筋穿过或绕过钢骨
劲性结构施工最重要的是保证现场施工质量，从而保证整个工程的质量。同时满足设计要求：粱筋满足50%的贯通率。粱筋除与套筒、型钢牛腿连接之外的钢筋，通过混凝土梁加腋，钢筋穿过或绕过钢骨，见图5。本工程十字柱截面呈长方形，长边方向钢骨腹板开孔，钢筋穿过腹板孔贯通，短边方向钢筋绕过钢骨翼缘边贯通。
图5 梁筋穿过或绕过钢骨示意图
2.4 梁柱节点-粱筋双层节点
本工程混凝土粱面筋、底筋存在双层布置情况，为保证钢筋与钢骨柱连接强度，设置双层不等长型钢牛腿，见图6。为避免两层等长型钢牛腿钢筋无法焊接，下层型钢牛腿长度为上层的2倍，方便现场焊接，同时保证了焊接质量。
图6 双层型钢牛腿连接示意图
2.5 柱纵筋节点
柱纵筋被钢骨牛腿挡住，常规处理方法有：牛腿翼缘开洞（开槽），钢筋穿过；牛腿上下焊接套筒（搭筋板）连接钢筋。由于牛腿翼缘开洞后，对牛腿强度削弱较大，并且导致孔边粱筋无法满足焊接要求，故本项目柱纵筋牛腿上方采用套筒，牛腿下方采用搭筋板形式连接钢筋，见图7；牛腿边缘钢筋开槽通过，见图8。
图7 柱纵筋套筒、搭筋板连接节点示意图
图8 柱纵筋搭筋板开槽节点示意图
2.6 柱纵筋节点-柱纵筋双排
本工程柱纵筋存在双排情况，更增加了施工难度，为了方便施工且保证施工质量，柱双排纵筋采用内外不等长双排搭筋板或双排套筒连接，见图9。采用这种形式，施工时内侧柱纵筋就位后，先将内侧钢筋焊接在搭筋板上，然后再施工外侧钢筋。见图9。当柱纵筋倾斜时，由于套筒端头水平，极难控制套筒角度，故均采用搭筋板形式连接，见图10。
图9 柱双排纵筋双排搭筋板连接示意图图10 柱纵筋切斜搭筋板连接示意图
2.7 柱箍筋节点-外环箍
柱箍筋梁柱节点区域，箍筋遇到钢牛腿腹板时，钢牛腿腹板开孔，箍筋穿孔通过，见图11；在钢牛腿强度满足受力要求时，腹板适当缩短，箍筋从腹板端头穿过，见图12。
图11 柱箍筋穿牛腿腹板示意图
图12 柱箍筋牛腿腹板边穿过示意图
2.8 柱箍筋节点-对拉箍
本工程十字柱呈长方形，原设计图纸中长腹板方向箍筋全部穿腹板通过，同一截面穿孔4个，箍筋间距100mm。如此密集的箍筋孔会大大削弱腹板强度，而且现场施工难度较大，参考型钢混凝土图集12SG904-1，通过增加竖向钢筋勾箍形式，减少一半开孔，见图13。
图13 柱箍筋节点示意图
2.9 墙柱箍筋节点
本工程核心筒角柱为非对称十字柱，钢板均为50mm厚，原设计图纸中腹板方向开孔穿箍筋，腹板较厚开孔对钢柱强度削弱较大，钢柱加工速度慢同时现场施工难度大，故将箍筋形式改为八角箍，见图14。
图14 墙柱箍筋节点示意图 3 节点对比分析
3.1 套筒连接节点
套筒连接是常规的连接方式，它具有以下优点：
1）套筒施工与钢筋绑扎穿插少，现场管理协调难度小；
2）成本相对较小。缺点有以下几点：
1）对套筒焊接质量以及钢筋绑扎精度均要求较高，一旦有偏差就可能导致钢筋拧不进套筒；
2）施工效率慢，套筒位置需根据钢筋的绑扎对视调整位置，增加了施工难度，降低了施工效率；
3）对于钢骨柱与混凝土梁斜交的类型，套筒需根据钢梁斜度确定套筒角度，现场梁筋施工难度大；
4）梁筋较密时，受套筒焊接空间局限性，套筒可能排布不开。3.2 型钢牛腿连接节点
优点有以下几点：
1）对钢筋绑扎精度要求相对较低，只需将钢筋搭接焊在型钢牛腿上即可；
2）施工效率快，省去了钢筋与套筒对准的环节，施工方便，有助于缩短工期；
3）由于钢筋是搭接焊在钢牛腿上，遇到钢骨柱与混凝土斜交等复杂节点时对钢筋的定位要求低。
缺点有以下几点：
1）现场焊接量大，对焊接质量要求高； 2）钢筋焊接与绑扎工序穿插太多，现场管理协调难度大。
3.3 钢板开孔连接节点
优点有以下几点：
1）保证良好的钢筋贯通率；
2）钢筋、箍筋定位准确，严格按照图纸放样施工。
缺点有以下几点：
1）钢结构加工速度慢，影响工期；
2）钢筋折弯、箍筋定位精确度高，施工难度大，施工困难。
3.4 钢筋绕钢骨连接节点
优点有以下几点：
1）保证的钢筋贯通率；
2）钢筋、箍筋定位精度低，施工速度快。缺点有以下几点：钢筋施工精度低，施工质量一般； 施工工艺
4.1 套筒连接施工工艺
1）深化设计根据结构图纸钢筋的分布，在构件深化图上对套筒进行排布和定位；
2）加工制作 在加工厂提前将套筒焊接在钢构件上并做好套筒的保护，防止钢筋插入前有杂物
影响钢筋拧入；
3）现场施工将结构图纸中钢筋拧入钢骨柱对应规格的套筒中。混凝土梁钢筋绑扎须严格按照设计间距及位置进行绑扎，如若钢筋与套筒位置偏差较大，会导致钢筋无法拧入套筒。4.2 钢牛腿连接施工工艺
1）深化设计时，根据混凝土梁钢筋的型号和位置来确定钢牛腿的位置及尺寸，型钢牛腿上下翼缘板主要用来搭接梁筋，因此翼缘板的设置需考虑钢筋的保护层厚度及钢筋搭接焊的长度（双面焊不小于5d，单面焊不小于10d，d为梁搭接钢筋的最大型号）；
2）施工前复核型钢牛腿位置是否与混凝土梁位置相匹配；
3）混凝土梁底钢筋绑扎完成后需暂缓面筋的绑扎，给钢筋焊接预留一定时间，应按照底筋绑扎-底筋焊接-面筋绑扎-面筋焊接的顺序进行施工；
4）钢筋焊接完成后，检查焊缝长度以及焊脚尺寸是否满足规范和设计的要求。4.3 钢板开孔连接施工工艺
1）钢结构深化设计时，根据梁柱配筋的型号和位置，在钢柱腹板上确定粱筋孔、箍筋孔位置及标高，孔径一般大于钢筋直径5mm；
2）钢筋绑扎施工时，根据钢结构腹板孔位置穿过对应钢筋即可；
3）钢筋绑扎完成时，检查钢筋数量及是否穿孔。
4.4 钢筋绕钢骨连接施工工艺
1）钢结构深化设计时，对梁钢筋、箍筋进行初步放样，出典型节点；
2）钢筋施工时，按照图纸对钢筋进行弯折，然后进行绑扎；
3）钢筋绑扎完成时，对梁宽度、箍筋大小进行检查。结语
随着建筑行业的不断发展，钢结构与混凝土组合结构越来越普遍，而钢结构与混凝土结构的连接节点也一直是施工的重难点，同时采用的节点类型也影响着整个工程的质量，良好的节点形式，可以保证施工质量并加快工期进度。本项目总结了几种钢结构与混凝土连接节点施工技术，为钢结构与混凝土连接节点的施工质量提供保证，同时也提高了施工效率，为以后类似工程施工提供经验与借鉴。
参考文献：
[1] 钢结构工程质量验收规范GB50205-2001,北京，中国计划出版社，2002。
[2]高层民用建筑钢结构技术规程JGJ99-2015,北京,中国建筑工业出版社,2015。
[3]高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ99-2015）.北京：中国建筑工业出版社，2015 [4]钢结构工程施工规范50755-2012，北京，中国建筑工业出版社，2012 [5]型钢混凝土结构施工钢筋排布规则与构造详图 12SG904-1，北京，中国计划出版社，2016。
作者简介：汪小伟，男，1985～，安徽安庆人，中国建筑第八工程局有限公司，邮箱：450805343@qq.com。
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