鋼結構中的剛接詳解

在鋼結構中，剛接（剛性連接）是指連接節(jié)點能夠可靠地傳遞彎矩、剪力和軸力，使被連接構件在節(jié)點處具有足夠的轉動剛度，變形協(xié)調，近似于剛體連接。剛接是鋼結構中常用的連接方式，廣泛應用于框架結構、梁柱節(jié)點、桁架體系等。

 1. 剛接的基本特征

 傳遞內力：剛接能夠傳遞彎矩、剪力和軸力，使被連接構件在節(jié)點處共同工作。

 轉動剛度：剛接的轉動剛度較大，節(jié)點處的相對轉角很小，變形協(xié)調。

 構造形式：通常采用焊接、高強度螺栓連接或焊接與螺栓混合連接。

 2. 剛接的構造形式

 （1）焊接連接

 全熔透對接焊縫：在梁翼緣和腹板與柱的連接處采用全熔透對接焊縫，確保焊縫質量，傳遞彎矩和剪力。

 坡口焊縫：在柱翼緣和腹板處設置坡口，通過焊接填充金屬，形成連續(xù)的焊縫。

 （2）高強度螺栓連接

 摩擦型高強度螺栓：通過螺栓預緊力使連接板之間產(chǎn)生摩擦力，傳遞剪力。摩擦型連接具有較高的抗剪承載力和延性。

 承壓型高強度螺栓：螺栓桿身與孔壁接觸，通過承壓傳遞剪力。承壓型連接的承載力較高，但延性較差。

 （3）焊接與螺栓混合連接

 梁翼緣焊接、腹板螺栓連接：梁翼緣與柱采用焊接連接，傳遞彎矩；梁腹板與柱采用高強度螺栓連接，傳遞剪力。

 端板連接：在梁端設置端板，通過高強度螺栓將端板與柱連接，端板與梁翼緣和腹板焊接。

 3. 剛接的設計要點

 （1）連接強度

 焊縫強度：焊縫的強度應不低于被連接構件的強度，焊縫質量應符合相關標準。

 螺栓強度：高強度螺栓的預緊力和抗剪承載力應滿足設計要求，螺栓的排列和間距應符合構造要求。

 （2）節(jié)點剛度

 轉動剛度：剛接的轉動剛度應滿足結構分析的要求，確保節(jié)點處的變形協(xié)調。

 半剛性連接：在某些情況下，剛接可能表現(xiàn)出半剛性特性，需要考慮節(jié)點剛度對結構內力和變形的影響。

 （3）構造細節(jié)

 焊縫尺寸：焊縫的尺寸應根據(jù)被連接構件的厚度和受力情況確定，確保焊縫能夠傳遞所需的彎矩和剪力。

 螺栓布置：高強度螺栓的布置應均勻對稱，避免應力集中。螺栓的排列應便于施工和檢查。

 加勁肋：在梁柱連接處設置加勁肋，提高節(jié)點的剛度和承載力。

 4. 剛接的應用場景

 （1）框架結構

 梁柱節(jié)點：剛接常用于框架結構的梁柱節(jié)點，確保梁和柱在節(jié)點處共同工作，傳遞彎矩和剪力。

 柱腳節(jié)點：柱腳節(jié)點通常采用剛接，將柱的軸力、彎矩和剪力傳遞給基礎。

 （2）桁架體系

 弦桿與腹桿連接：在桁架體系中，弦桿與腹桿的連接通常采用剛接，確保桁架的整體穩(wěn)定性。

 （3）橋梁結構

 主梁與橋墩連接：在橋梁結構中，主梁與橋墩的連接通常采用剛接，傳遞車輛荷載和風荷載。

 5. 剛接的優(yōu)缺點

 （1）優(yōu)點

 承載力高：剛接能夠傳遞彎矩、剪力和軸力，承載力高，適用于大跨度、重載結構。

 剛度大：剛接的轉動剛度大，變形協(xié)調，結構的整體性能好。

 延性好：焊接連接和高強度螺栓連接具有較好的延性，能夠吸收地震能量。

 （2）缺點

 施工復雜：剛接的施工工藝要求較高，焊接質量難以保證，螺栓連接需要精確的預緊力控制。

 造價較高：剛接的材料用量和施工成本較高，尤其是焊接連接需要專業(yè)的焊工和設備。

 維護困難：剛接節(jié)點一旦損壞，維修和加固較為困難。

 6. 剛接的設計規(guī)范

 中國規(guī)范：《鋼結構設計標準》（GB 50017）對剛接的設計、施工和驗收提出了詳細要求。

 國際規(guī)范：美國《鋼結構設計規(guī)范》（AISC 360）、歐洲《鋼結構設計規(guī)范》（EN 1993）等也對剛接的設計和構造做出了規(guī)定。

 7. 剛接的施工要點

 （1）焊接施工

 焊接工藝評定：焊接前應進行焊接工藝評定，確定合適的焊接參數(shù)和工藝。

 焊縫質量檢查：焊接完成后，應對焊縫進行外觀檢查和無損檢測，確保焊縫質量。

 （2）螺栓施工

 螺栓預緊力控制：高強度螺栓的預緊力應通過扭矩扳手或液壓拉伸器精確控制。

 螺栓安裝順序：螺栓的安裝順序應符合設計要求，避免螺栓受力不均。

 （3）節(jié)點防腐

 防腐處理：剛接節(jié)點應進行防腐處理，如噴涂防腐涂料或采用熱浸鍍鋅等。

 8. 剛接的檢測與維護

 （1）定期檢測

 焊縫檢測：定期對焊縫進行無損檢測，檢查焊縫是否有裂紋、氣孔等缺陷。

 螺栓檢查：檢查螺栓是否有松動、斷裂等現(xiàn)象，必要時進行緊固或更換。

 （2）維護加固

 焊縫修補：對發(fā)現(xiàn)的焊縫缺陷應及時修補，確保焊縫的完整性和承載力。

 螺栓更換：對損壞的螺栓應及時更換，確保節(jié)點的連接可靠性。