鋼結(jié)構(gòu)中的鉸接詳解

在鋼結(jié)構(gòu)中，鉸接（Pin Connection 或 Hinge Connection）是指連接節(jié)點(diǎn)僅能傳遞軸向力和剪力，無(wú)法傳遞彎矩，被連接構(gòu)件在節(jié)點(diǎn)處可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。鉸接是鋼結(jié)構(gòu)中常用的連接方式之一，廣泛應(yīng)用于次梁與主梁的連接、支撐與框架的連接等場(chǎng)景。

 1. 鉸接的基本特征

 傳遞內(nèi)力：鉸接僅能傳遞軸向力和剪力，無(wú)法傳遞彎矩。

 轉(zhuǎn)動(dòng)自由：被連接構(gòu)件在節(jié)點(diǎn)處可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，變形不協(xié)調(diào)。

 構(gòu)造形式：通常采用螺栓連接、銷軸連接或合頁(yè)連接。

 2. 鉸接的構(gòu)造形式

 （1）螺栓連接

 普通螺栓連接：通過(guò)普通螺栓將連接板固定，螺栓僅承受剪力，不承受彎矩。

 高強(qiáng)度螺栓連接：雖然高強(qiáng)度螺栓通常用于剛接，但在某些情況下，通過(guò)合理設(shè)計(jì)也可用于鉸接。

 （2）銷軸連接

 圓柱銷連接：通過(guò)圓柱銷將兩個(gè)構(gòu)件連接，銷軸僅承受剪力，構(gòu)件可繞銷軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

 圓錐銷連接：圓錐銷連接具有自鎖功能，但在鉸接中應(yīng)用較少。

 （3）合頁(yè)連接

 門(mén)式合頁(yè)：類似于門(mén)窗合頁(yè)，允許構(gòu)件在平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

 鉸支座：在橋梁、桁架等結(jié)構(gòu)中，常采用鉸支座實(shí)現(xiàn)鉸接。

 3. 鉸接的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

 （1）連接強(qiáng)度

 螺栓強(qiáng)度：螺栓的抗剪承載力應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，螺栓的排列和間距應(yīng)符合構(gòu)造要求。

 銷軸強(qiáng)度：銷軸的直徑和材料應(yīng)滿足抗剪和抗擠壓要求。

 （2）節(jié)點(diǎn)剛度

 轉(zhuǎn)動(dòng)剛度：鉸接的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度近似為零，節(jié)點(diǎn)處的相對(duì)轉(zhuǎn)角較大。

 半剛性影響：在實(shí)際工程中，鉸接可能表現(xiàn)出一定的半剛性特性，需要考慮節(jié)點(diǎn)剛度對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的影響。

 （3）構(gòu)造細(xì)節(jié)

 螺栓布置：螺栓應(yīng)均勻?qū)ΨQ布置，避免應(yīng)力集中。

 銷軸固定：銷軸應(yīng)可靠固定，防止脫落。

 連接板厚度：連接板的厚度應(yīng)滿足抗剪和抗擠壓要求。

 4. 鉸接的應(yīng)用場(chǎng)景

 （1）次梁與主梁連接

 簡(jiǎn)支梁：次梁與主梁采用鉸接時(shí)，次梁可視為簡(jiǎn)支梁，計(jì)算模型簡(jiǎn)單。

 減少次梁撓度：通過(guò)鉸接，次梁的撓度主要由自身剛度控制，不受主梁變形的影響。

 （2）支撐與框架連接

 中心支撐：支撐與框架采用鉸接時(shí)，支撐僅承受軸向力，不承受彎矩。

 偏心支撐：在某些偏心支撐體系中，也可能采用鉸接連接。

 （3）桁架結(jié)構(gòu)

 弦桿與腹桿連接：在桁架結(jié)構(gòu)中，弦桿與腹桿的連接通常采用鉸接，確保桁架的內(nèi)力分布合理。

 5. 鉸接的優(yōu)缺點(diǎn)

 （1）優(yōu)點(diǎn)

 構(gòu)造簡(jiǎn)單：鉸接的構(gòu)造形式簡(jiǎn)單，施工方便。

 受力明確：鉸接僅傳遞軸向力和剪力，受力分析簡(jiǎn)單。

 適應(yīng)變形：鉸接允許構(gòu)件自由轉(zhuǎn)動(dòng)，適應(yīng)結(jié)構(gòu)變形的能力較強(qiáng)。

 （2）缺點(diǎn)

 承載力低：鉸接無(wú)法傳遞彎矩，承載力較低，不適用于需要傳遞彎矩的節(jié)點(diǎn)。

 剛度小：鉸接的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度近似為零，結(jié)構(gòu)的整體剛度較小。

 穩(wěn)定性差：在受壓構(gòu)件中，鉸接可能導(dǎo)致構(gòu)件失穩(wěn)。

 6. 鉸接的設(shè)計(jì)規(guī)范

 中國(guó)規(guī)范：《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017）對(duì)鉸接的設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收提出了詳細(xì)要求。

 國(guó)際規(guī)范：美國(guó)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（AISC 360）、歐洲《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（EN 1993）等也對(duì)鉸接的設(shè)計(jì)和構(gòu)造做出了規(guī)定。

 7. 鉸接的施工要點(diǎn)

 （1）螺栓施工

 螺栓預(yù)緊力：鉸接螺栓無(wú)需預(yù)緊力，但應(yīng)確保螺栓緊固可靠。

 螺栓安裝順序：螺栓的安裝順序應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，避免螺栓受力不均。

 （2）銷軸施工

 銷軸安裝：銷軸應(yīng)安裝到位，確保構(gòu)件可自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

 銷軸固定：銷軸應(yīng)可靠固定，防止脫落。

 （3）連接板加工

 連接板尺寸：連接板的尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，確保螺栓孔和銷軸孔的位置準(zhǔn)確。

 連接板表面處理：連接板表面應(yīng)平整，無(wú)毛刺和銹蝕。

 8. 鉸接的檢測(cè)與維護(hù)

 （1）定期檢測(cè)

 螺栓檢查：檢查螺栓是否松動(dòng)、斷裂，必要時(shí)進(jìn)行緊固或更換。

 銷軸檢查：檢查銷軸是否磨損、變形，必要時(shí)進(jìn)行更換。

 （2）維護(hù)加固

 螺栓加固：對(duì)松動(dòng)的螺栓應(yīng)及時(shí)緊固，對(duì)損壞的螺栓應(yīng)及時(shí)更換。

 銷軸加固：對(duì)磨損的銷軸應(yīng)及時(shí)更換，確保節(jié)點(diǎn)的連接可靠性。