异形空心构件螺栓端板连接节点设计与制作
空心管连接设计指南
1.1简介该设计指南介绍了圆管( CHS) 相贯节点静力强度的设计方法和计算步骤, 并阐述了各种影响圆管焊接接头及螺栓连接接头静力强度的因素. 为了供管结构设计过程容易理解, 还给出了具体的设计例子.1.2主要内容a. 给出了腹杆和弦杆中承受轴向荷载作用时, 圆管平面T 型、Y 型、X 型和K 型焊接相贯节点的强度设计公式;b. 给出了腹杆和弦杆中承受轴向荷载作用时, 圆管空间T 型、Y 型、X 型和K 型焊接相贯节点的强度设计公式;c. 给出了腹杆承受平面内弯矩作用时, 圆管平面T 型、Y 型、X 型和K 型焊接相贯节点的强度设计公式;d. 给出了腹杆承受扭矩时, 翼缘采用螺栓连接接头的设计方法;e. 给出了平面桁架、空间桁架( 三角形桁架梁) 和具有螺栓连接接头的结构的设计实例.2CIDECT 设计指南2: 空心管结构的整体稳定性2.1简介该设计指南介绍了管结构整体稳定、局部稳定及横向扭转屈曲方面的问题. 由于空心管截面形状及截面材料分布合理, 圆管及矩形管比开口截面表现出更好的受压性能. 当宽( 或径) 厚比在一定范围内时, 可以忽略空心管截面的局部屈曲. 此外, 对一般空心管截面, 不需验算其横向扭转失稳问题, 因为和同样的开口截面相比, 它们有很大的极惯性矩.2.2主要内容a. 给出了横截面分类的定义;b. 总结了圆管和矩形管截面分类时, 对径厚比( d/ t ) 或宽厚比( h/ t )的限值;c. 给出了多条柱曲线, 对冷弯成型和热轧成型的空心管截面分别有不同的柱曲线;d. 给出了可以不验算弯扭失稳的矩形管截面梁长与截面高度比的限值;e. 给出了受压弯联合作用下的管结构梁-柱的设计公式;f. 给出了由于局部屈曲引起的第4 类矩形管截面的有效几何特性;g . 给出了矩形管柱以及矩形管梁- 柱的设计实例.3CIDECT 设计指南3: 矩形管( RHS) 节点的静力强度设计指南3.1简介该设计指南介绍了方管及矩形管结构中各种单平面与空间焊接相贯节点和螺栓连接接头的静力强度标准, 重点阐述了影响静力强度的控制参数. 在简化分析模型及试验研究的基础上, 给出了半经验极限状态设计建议公式, 还附有相应的设计图表. 为了帮助读者理解, 还给出了具体的设计实例.3.2主要内容a. 给出了腹杆和弦杆中承受轴向荷载作用时, 平面矩形管T 型、Y 型、X 型及K 型节点的设计强度公式;b. 给出了有加劲板和有混凝土填充的加强型节点的设计强度公式;c. 给出了腹杆承受平面内弯矩作用时, 平面矩形管T 型、X 型及L 型节点的设计强度公式;d. 给出了矩形管法兰盘螺栓连接接头及节点板连接接头的设计实例;e. 给出了平面矩形管桁架及矩形管螺栓连接接头的设计实例.4CIDECT 设计指南4: 空心管柱的防火设计指南4.1简介该设计指南介绍了空心管结构柱的防火措施. 空心管柱的一个主要优点是通过一些方法, 比如管内填充水或混凝土来防火, 而不是用防火涂料. 管内填充水或混凝土来防火不仅可以得到更大的使用空间, 而且可以使整个建筑的外观更纤细.4.2主要内容a. 解释了一些概念, 比如耐火性能、标准防火曲线、柱子耐火性能影响因素( 例如荷载等级、横截面形状和尺寸) , 耐火等级( 例如R30, R60, R90, R120) 以及性能评估等级( 设计表格及图表、简便计算方法和一般计算步骤) 等等;b. 方管柱耐火性能的设计, 其主要取决于三个参数: 耐火要求, 表面形状系数及绝热材料的厚度. 表面形状系数定义为构件单位长度的外露表面积与构件单位长度体积的比值, 并给出了3 个例子;c. 方管混凝土柱的耐火性能设计采用查表法或简化计算方法. 耐火性能根据利用程度、最小横截面尺寸、钢筋数量以及钢筋位置, 可被划分为从R30～R180 之间的不同等级. 耐火性能也可以在简化计算模型的基础上使用计算机程序计算, 并给出了两个例子;d. 对于用水填充的方管柱耐火性能的设计, 给出了估计加热每平方米柱子表面所需用水量的简化计算表格;e. 给出了节点防火设计的一些建议.5CIDECT 设计指南5: 钢管混凝土柱的静力强度和抗震设计指南5.1 简介该设计指南用来指导房屋建筑及桥梁结构中的钢管混凝土结构的设计和施工.5.2 主要内容a. 给出了钢管混凝土柱在轴向荷载、弯曲及压弯组合荷载作用下的截面承载能力的简化计算公式和设计图表;b. 给出了钢管混凝土柱在轴向荷载、弯曲及压弯组合荷载作用下的构件承载能力的简化计算公式和设计图表;c. 给出了一些关于钢管混凝土柱的重要研究课题, 比如单轴对称钢管混凝土柱、预应力钢管柱、部分填充钢管混凝土柱及高强混凝土填充钢管混凝土柱的性能研究;d. 给出了地震荷载作用下, 钢管混凝土柱性能的描述;e. 给出了钢筋混凝土填充圆管柱及混凝土填充矩形钢管柱受偏心荷载作用的设计实例.6CIDECT 设计指南6: 空心管结构在机械中的应用设计指南6.1主要内容该设计指南旨在给机械工程师、设计人员和机械制造人员建议一种从机械、建筑、结构以及造价方面来说, 都比开口截面性能良好的截面形式. 该指南不仅提供了关于制造、安装和施工方面的讨论, 而且还对静力强度计算和疲劳强度计算方法提出了一些建议. 最后给出了许多不同领域的设计实例, 以帮助读者理解空心管结构的应用.6.2重点内容总结了空心钢管在以下不同领域的应用: 交通运输、飞行器维修设备、农业和林业、起重机和提升设备、娱乐场所、储藏设备、传输系统、海洋平台, 工业厂房; 总结了各种制造技术: 构件端部处理技术( 如火焰切割、激光切割、等离子切割、锯割以及腹杆端部的铣平) 、空心管结构的弯曲、焊接以及螺栓连接.7CIDECT 设计指南7: 空心管结构的制作、安装以及建造设计指南7.1主要内容该设计指南介绍了空心管结构的制造、安装以及施工方面的问题, 这些都是在建造一个安全、经济、美观的建筑物时应该考虑的. 该设计指南旨在使建筑师、设计者和制造者对空心管结构有一个全面的了解, 以便能用其建造安全、经济、美观的建筑物.7.2重点内容a. 总结了空心钢管结构所用钢材等级和尺寸容许误差;b. 总结了空心钢管结构的制造方法, 包括切割、铣平、弯曲、钻孔、钻眼、焊接、螺栓连接以及铸造.c. 总结了空心管结构中的次构件, 比如梁、桁架、拱梁、钢管柱、钢管混凝土柱、空间结构和连接接头( 梁- 柱接头、柱—桁架接头、端头—端头接头、隅撑节点、檩条) ;d. 给出了空心管结构安装的一般步骤, 重点介绍了拼装台设计、工作空间、材料存放、加工器械和加工技术等等;e. 给出了空心管结构施工方面的一些建议;f . 总结了空心管结构防锈方面的一些方法, 比如涂防锈漆、喷涂、镀锌及密封.8CIDECT 设计指南8: 圆管及矩形管焊接相贯节点疲劳设计指南。
异形空心桥墩模板设计和结构施工
异形空心桥墩模板设计和结构施工摘要：本文以金沙江路真北路人行天桥新建工程桥墩施工为例，介绍了异形桥墩施工时的模板设计和结构施工以及施工时的注意要点，对类似工程值得推广应用。
关键词：异形桥墩；模板设计；支架施工；混凝土施工一、工程概况金沙江路天桥位于上海市普陀区金沙江路真北路交汇处，同时也是中环线和地铁13号线交叉点。
该交叉口的西北象限为绿洲中环中心，西南象限为118商业广场。
天桥的桥墩为梯形结构（短边长2m，长边长6m），高6.27m，中间为三角空心结构，桥墩中间部位有四个斜撑顶托桥台结构。
二、总体施工安排墩台身所需要的钢筋、模板等，将根据施工进度安排，在承台施工过程中将提前准备到位。
钢筋现场加工；钢筋接头直径18mm及以上规格钢筋采用滚压直螺纹接头；其余规格钢筋采用电渣压力焊或搭接接头。
模板：支架系统采用48×3.5钢管+玛钢扣件；模板外露部分采用定制钢模板，桥墩内部采用定制钢模，18对拉螺杆+18号工字钢横楞。
砼：全部采用商品砼；汽车泵输送入模。
施工段划分：按照各个象限流水施工；主桥桥墩与桥台的施工缝设置：分3次浇筑：承台面至斜撑底部---斜撑底部至桥台底部---桥台。
砼养护：采用两种养护方式：浇筑完成暂时保留模板不拆除+面覆盖一层薄膜+2CM厚麻袋保温养护；后阶段拆除模板后薄膜包围养护。
三、施工工艺3.1 测量放样（1）在承台内墩柱的位置，将该处的砼面做凿毛处理，并冲洗干净。
利用全站仪，根据设计所给导线点以及业主提供的控制点，准确的将墩柱中心轴线测设在承台面上，并用油漆做好标识。
同时用墨斗弹出墩柱边线及角线。
需要注意的是，油漆做出的墩柱中心线必须引伸至模板外，并做好保护，便于在安装完模板后和砼浇注过程中进行垂直度等的校正。
（2）在考虑到定型钢模板的配置，在每个墩柱施工前，由测量工程师测放出每个墩柱的顶面标高，用油漆标识在钢模板内四周，便于工人和施工员识别控制，同时告诉施工员和操作工人，从模板顶往下多少多少距离即为该墩柱砼浇注面。
门式刚架端板连接节点设计
门式刚架端板连接节点设计门式刚架端板连接节点设计万叶青（机械部第四设计研究院）[提要] 本⽂介绍了轻钢门式刚架端板连接节点的计算⽅法，提供了端板连接节点梁⾼与弯矩的关系图表，⽤它可以快速确定连接截⾯的⾼度，同时还指出了端板设计中应当注意的⼀些问题。
[关键词] 轻钢结构，门式刚架，端板连接，⾼强螺栓。
1．引⾔轻钢结构是近⼗年来发展最快的领域，它具有⼤跨度、⼤空间，分隔使⽤灵活，⽽且施⼯速度快、抗震有利的特点，已⼴泛地应⽤于机械⼯业⼚房建筑中。
门式刚架常⽤的跨度为15~36m。
为了便于施⼯，⼀般采⽤分段加⼯和运输，到现场后再进⾏拼接安装，这就涉及到门式刚架的连接节点。
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（CECS 102:2002）给出了三种形式的端板连接：端板竖放，端板斜放和端板横放。
实践证明：端板连接是轻钢门式刚架中最为经济的连接形式，⽐通常的腹板—翼缘拼接节省材料和紧固件，现场拼装连接⽅便。
2．端板连接设计门式刚架端板连接节点主要承受的是弯矩和剪⼒。
在我国，对这类端板连接设计采⽤的是传统的⽅法：认为螺栓受⼒为三⾓形分布，利⽤平衡原理分析螺栓的受⼒，然后进⾏其它部分的设计验算。
该⽅法的关键是对旋转中⼼，即中性轴的取法，对此尚存在⼀些争议。
我国的教科书，设计⼿册及有关规范中采⽤的是简化⽅法。
对普通螺栓来说，可假定螺栓群的中性轴在最下⾯⼀⾏的轴线上。
受⼒如图⼀所⽰线性变化，最⼤螺栓拉⼒产⽣在顶部螺栓处。
在弯矩M作⽤下螺栓最⼤拉⼒为：Nt1=M*y1/(m*∑y i2) (1)式中 M----端板处弯矩设计值m----螺栓列数y i----各螺栓⾄中性轴的距离在剪⼒V作⽤下，⼀个螺栓所受的剪⼒为：Nv=V/n (2)同时承受剪⼒和轴向拉⼒的普通螺栓应满⾜下列公式的要求，即[(Nv/N v b)2+(Nt/N t b)2]≤1 (3)为了保证挤压承载⼒的要求尚需满⾜Nv≤N c b (4)上述各式中：Nv、Nt----⼀个螺栓的剪⼒和拉⼒（取受拉⼒最⼤螺栓计算时为N t1）;N v b、N t b----⼀个螺栓受剪和受拉的承载⼒设计值。
装配式建筑施工中的建筑模块节点设计与连接
装配式建筑施工中的建筑模块节点设计与连接随着现代建筑技术的不断发展，装配式建筑施工方式受到越来越多的关注。
在装配式建筑施工过程中，建筑模块的节点设计和连接是至关重要的一环。
本文将对装配式建筑施工中的建筑模块节点设计与连接进行详细探讨。
一、概述装配式建筑是指通过预制和标准化生产方式，在厂房内对构件进行加工、组装，并在现场按照特定顺序进行拼接安装的一种建造方式。
而在这个过程中，节点设计和连接则显得尤为重要。
好的节点设计与连接能够确保整个建筑结构在使用期间稳定可靠。
二、节点设计原则1. 结构安全：节点设计应考虑各种荷载情况，并合理选择材料及规格。
2. 施工方便：节点需要便于施工操作，避免出现复杂操作或不易实现的情况。
3. 模块化：优秀的节点设计可以使得所用模块化构件能够迅速地进行拼接组合。
4. 变形与位移控制：为了保证整体结构的安全性，节点设计应能够控制变形与位移。
三、常用的节点连接方式1. 拉拔法：拉拔法是常见的节点连接方式之一。
它通过使构件在轴向上产生预压力，从而增加了节点连接的抗弯强度和刚度，提高了整体结构的稳定性。
2. 螺栓连接：螺栓连接方式简单且易于操作，常用于搭建较小规模的建筑物。
通过合理选择螺栓材料和尺寸，可以满足安全要求。
3. 焊接连接：焊接是一种常用的节点连接方法。
它可以实现很好的力学性能和密封性能，在一些大型装配式建筑中广泛应用。
4. 锁扣连接：锁扣是由特殊形状零件组成的一种互锁结构。
这种连接方式在施工过程中简便快速，并具有较好的结构刚性。
四、优化节点设计与实践为了提升装配式建筑施工中节点设计与连接质量，关键是优化设计过程并注重实践经验总结。
1. 利用先进技术进行虚拟仿真分析：通过先进的虚拟仿真技术，可以对不同节点连接方式进行力学模拟分析，并评估其受力性能和承载能力。
优秀的虚拟仿真技术有助于选择最佳的建筑节点连接方式。
2. 建立标准化设计与施工规范：制定标准化设计与施工规范，确保节点设计与连接的质量可控、可靠。
第7章 螺栓连接
7.1.1 螺栓连接螺栓连接的示意图如图7-1所示，典型工艺过程如图7-2所示。
图7-1 螺栓连接零件夹紧确定孔位制 孔备 件倒角倒圆制 窝安 装定 力防 松涂 漆图7-2 螺栓连接的典型工艺过程7.1.2 托板螺母连接(如图7-3所示）典型工艺过程与螺栓连接的区别在于在制孔和制窝之间增加铆接托板螺母工序，而无定力和防松工序。
工作步骤如下：在固定构件上制螺栓孔铆接托板螺母将活动构件定位安装在固定构件上在活动构件上制螺栓孔固定活动构件图7-3 托板螺母连接7.1.3 高锁螺栓连接（如图7-4所示）典型工艺过程与螺栓连接的区别在于无定力和防松工序，对于双六角型高锁螺母安装后按需要再次拧紧定力。
（a）(b)图7-4 高锁螺栓连接7.1.4 锥型螺栓连接（如图7-5所示）典型工艺过程与螺栓连接的区别在于无定力工序，制孔与制窝同时进行。
（a）(b)图7-5 锥型螺栓连接7.2 零件的定位及夹紧7.2.1 螺栓连接（见表7-1）7.2.2 孔位的技术要求确定螺栓孔位螺栓孔边距、间距和排距的极限偏差螺栓孔的最小边距7.3.1 孔的技术要求常见螺栓孔的技术要求见表7-2高锁螺栓孔的技术要求与普通螺栓孔的技术要求相同锥形螺栓孔的技术要求孔应垂直于工件表面孔锥度极限偏差孔表面粗糙度孔与锥形螺栓光杆接触的面积孔表面允许的轻微划伤、孔的外观质量7.3.2 孔加工方法的选择孔的公差等级选择孔加工方法时主要考虑孔直径孔的深度被加工的材料结构的开敞性各种孔加工方法见表7-3 钻孔用扩孔钻扩孔手铰风钻铰孔拉孔自动进给钻制孔自动铆机制孔7.4.1 制孔前的准备工作明确加工孔的孔径和公差检查工件间隙、孔边矩检查要用的钻机、刀具和量具等是否合格及适用在试件上进行试加工7.4.2 钻孔和扩孔的技术要点注意孔的垂直度（见图7-6）手工钻制初孔的直径确定钻孔工具的工作转速选用带前导杆的扩孔钻用自动进给钻钻孔时的过程自动进给钻的轴转速恒定不变的情况下，钻头反复进入孔和完全撤离孔固定在钻模上(如图7-7所示)建议使用润滑剂7.4.2 钻孔和扩孔的技术要点图7-6 保证钻孔垂直度的方法(a)按垂直钻套钻孔(b)按直角尺钻孔(c)按钻模钻孔图7－7 自动进给钻钻孔示意图用带前、后引导的扩孔钻扩孔(如图7-8所示)由相同材料组成时，从较厚面进刀由不同材料组成时,从较硬面进刀图7－8 空心零件的扩孔7.4.3 手工铰孔方法及操作要点手工铰孔操作过程将铰刀沾上润滑液后插入初孔用角度尺检查铰刀是否垂直于工件表面(如图7-9所示)用大拇指轻推铰刀尾部，旋转铰杠或棘轮扳手铰深孔时，要常退刀排屑检查孔的精度、粗糙度和孔的垂直度手工铰孔操作要点工件装配夹紧要正确手铰过程中，两手用力要平衡注意变换铰刀每次停歇的位置旋转铰杠进刀时，不要猛力压铰杠图7-9 用90°角尺检查铰刀垂直度7.4.3 手工铰孔方法及操作要点手工铰孔操作要点若铰刀被卡住，应将铰刀取出，清除切屑铰刀绝不可倒转当使用风钻铰孔时，一定要掌握好进刀方向根据所加工材料，合理选择转速和进给量7.4.4锥形孔的加工(a)扩孔钻(b)铰刀图7-10 沉头锥形螺栓孔用的加工刀具以螺纹直径为锥形螺栓的基本直径选择专用锥形铰刀（见图7-10）光整孔壁取出铰刀清除切屑扩孔钻初孔7.4.5 可调铰刀的使用在刀体上开有六条斜底直槽，具有同样斜度的刀条嵌在槽里利用前后两只螺母压紧刀条的两端，调节两端的螺母可使刀条沿斜槽移动，即能改变铰刀的直径7.4.6 切削用量的选择扩孔切削用量（见表7-4）手铰和风钻铰孔在铰孔过程中的切屑用量（见表7-5）7.4.7 扩、铰孔过程中切削液的选择（见表7-6）7.4.8 铰孔中常见的缺陷和解决措施（见表7-7）7.5.1 锪窝锪窝包括锪沉头螺栓的沉头窝和端面窝(见图7-12)正锪和反锪(如图7-13或图7-14所示)锪窝操作要点图7-12 沉头窝和端面窝(a)沉头螺栓的沉头窝(b)六角头或圆柱头螺栓的沉头窝(c)螺栓端面窝(a)正锪(b)反锪图7-14 锪端面窝锪窝速度锪钻装夹牢固加机油润滑留余量带球面导杆锪窝钻（见图7-15）锪钻应先接触被锪面并拉紧风钻，再开动扳机锪窝限定器（见图7-17）图7-15带球面形导杆的窝锪钻带阶梯的导杆锪窝钻(如图7-16所示)图7-16 带台阶导杆的窝锪钻图7-17 用锪窝深度限制衬套锪窝涂防腐保护层7.5.2 倒角与倒圆技术要求倒角与倒圆的工艺方法孔与沉头窝交接处的倒角形状（见图7-19）安装凸头锥形螺栓的孔，在靠锥形螺栓头的一侧应倒角安装沉头锥形螺栓用的孔在与沉头窝的交接处(简称沉头窝底)制倒角倒角与倒圆形状（见图7-18），尺寸（见表7-8）图7-18 倒角与倒圆(a)倒角(b)倒圆图7-19 孔与沉头窝交接处的倒角倒圆一般采用倒圆锪钻倒圆。
装配式建筑施工中的螺栓连接设计与施工方法
装配式建筑施工中的螺栓连接设计与施工方法在现代建筑领域中，装配式建筑已经成为一种越来越普遍的施工方式。
与传统的现场施工相比，装配式建筑具有更高的效率、更大的灵活性和更好的质量控制。
而在装配式建筑中，各种连接方式中螺栓连接是应用广泛且重要的一种。
一、螺栓连接设计1. 螺栓尺寸选择螺栓连接设计中，首先需要确定螺栓的尺寸选择。
这包括螺纹直径、长度和材料等方面。
通常情况下，根据被连接构件之间的刚度和受力情况来确定螺纹直径。
同时，还需要考虑到安全系数和施工条件等因素。
2. 螺纹类型选择在螺栓连接设计中，不同类型的螺纹可以满足不同需求。
例如粗牙型、细牙型、内六角等。
在选择时需要考虑到密封性能、可拆卸性以及使用环境等因素。
3. 剪切面积计算剪切面积是指螺栓连接中受剪切力作用的横截面积。
在螺栓连接设计中，需要计算和确定剪切面积，以确保连接的强度满足设计要求。
这可以通过公式计算得出，常见的计算方法有牛顿-拉普森公式和疲劳强度公式等。
二、螺栓连接施工方法1. 螺栓预装法螺栓预装法是一种常用且有效的螺栓连接施工方法。
它通过提前将螺栓安装在构件上，在后续施工过程中进行拧紧操作。
这种方法可以减少时间和人力成本，并且能够保证螺栓的正确位置。
2. 拆装式螺栓连接拆装式螺栓连接适用于需要周期性拆卸和组合的场景。
该方法通过设置特殊的螺母，使得螺栓可以反复使用，并且在拧紧时能够达到稳固的效果。
这种方法在装配式建筑中广泛应用，能够满足构件的拆卸和再次组合需求。
3. 控制扭矩法控制扭矩法是一种通过控制扭矩大小来确保螺栓拧紧的施工方法。
通过使用扭力扳手等工具，可以准确控制螺栓的拧紧力矩。
这种方法能够避免过松或过紧导致的连接问题，并且能够提高施工效率。
4. 预应力法预应力法是一种在装配式建筑中常用的螺栓连接施工方法。
它通过在螺栓中施加预定的拉伸力，使得连接更加牢固和稳定。
该方法适合于对连接强度要求较高的场景，并且能够有效地提升结构的整体性能。
梁柱端板螺栓连接节点极限承载力抗震设计方法
梁柱端板螺栓连接节点极限承载力抗震设计方法陈小峰郝际平（中国建筑西南设计研究院有限公司)（西安建筑科技大学土木工程学院）内容一、引言二、端板连接的破坏模式三、极限承载力抗震设计准则四、预期的极限设计弯矩五、螺栓抗拉，抗剪计算六、端板与柱翼缘的强度计算七、节点域的抗剪计算八、结语一、引言1994年美国北岭地震(Northridge earthquake)和1995年日本阪神地震(Hyogoken-Nanbu Earthquake)中，有200多个钢框架因梁柱焊接节点脆断而破坏，而采用端板连接的结构的破坏程度明显轻微，这两次地震充分的说明端板连接具有良好的抗震性能。
下图所示的三种外伸端板高强螺栓连接构造可考虑用于多高层钢框架结构的抗震设计中。
三种外伸端板高强螺栓连接构造二、破坏模式端板连接的破坏形式取决于各组件的相对强弱关系，因此具有多样性。
试验中出现的各种破坏形式：◆梁的弯曲屈服◆端板的弯曲屈服◆梁柱节点域的剪切屈服◆高强螺栓的脆性拉断◆高强螺栓的剪切破坏◆各种焊缝的破坏试验破坏照片梁端板节点域对于中薄端板，节点破坏为脆性破坏，破坏模式为端板的屈服和随后螺栓的突然脆断，端板的屈服可以提供中等的耗能能力，然而它会导致螺栓中较大的撬力，从而导致螺栓在拉力和弯矩作用下过早的脆断；对厚端板，梁翼缘和腹板的局部屈曲破坏是理想的屈服破坏模式，能提供较大的延性和耗能能力，同时也满足“强节点弱构件”的抗震设计准则。
三、极限承载力抗震设计准则抗震规范(GB50011-2001)中规定“构件连接应按地震组合内力进行弹性设计并进行极限承载力验算”的计算原则，端板连接中的螺栓、板件需进行弹性设计和极限承载力设计。
本文对端板螺栓连接节点只进行极限承载力设计，弹性设计按一般方法设计。
本文建议的端板螺栓连接的抗震极限承载力设计准则和一般刚性节点相同，即为梁截面出现塑性铰时，端板和螺栓未破坏。
满足“强柱，强节点，弱构件”的抗震设计准则。
钢结构中的螺栓连接设计与施工
钢结构中的螺栓连接设计与施工螺栓连接作为一种常见的连接方式，在钢结构中被广泛应用。
它具有可拆卸、可重复使用、高强度和抗疲劳等优点，因此在建筑、桥梁、航空航天等领域得到了广泛应用。
本文将探讨钢结构中螺栓连接的设计与施工，希望能给读者带来一些有益的启示和知识。
首先，螺栓连接的设计要考虑到结构的受力情况。
在设计之前，需要进行结构的受力分析，确定连接点的受力情况。
例如，在桥梁结构中，连接点可能承受水平荷载、垂直荷载、剪切力等多种力的作用，设计时需要根据不同力的大小和方向选择适当的螺栓类型和尺寸。
其次，螺栓连接的设计要考虑到预紧力的控制。
预紧力是螺栓连接中非常重要的参数，它可以提高连接的刚度和强度。
在设计中，需要确定预紧力的大小，以确保连接紧固后无松动和变形。
为了保证预紧力的准确控制，通常会采用液压扳手等专用工具进行螺栓的紧固。
此外，螺栓连接的设计还要考虑到螺栓的材料选择。
螺栓的材料需要具有足够的强度和耐腐蚀性。
一般情况下，常用的螺栓材料有碳钢、合金钢和不锈钢等。
根据结构的具体要求和工作环境的特点，选择合适的螺栓材料是非常重要的。
在螺栓连接的施工过程中，有一些注意事项也需引起重视。
首先是螺栓的安装要符合设计要求。
连接点的位置、螺栓的排列和间距都需要按照设计要求进行操作。
其次是螺栓的紧固要逐个进行，并按照预定的扭矩进行。
过紧或过松都会影响连接的性能，因此在施工过程中要保持适当的紧固力。
此外，螺栓连接的施工还需要进行质量检验。
检验内容包括螺栓的尺寸、直线度、扭力、施力方向等。
通过合格的检验，可以确保螺栓连接的质量和可靠性。
最后，施工完成后，需要对螺栓连接的状态进行定期检测和维护，以保证连接的长期稳定性。
综上所述，钢结构中的螺栓连接设计与施工是一个复杂而重要的工作。
设计时需考虑结构受力情况、预紧力控制和螺栓材料选择等因素，施工时要注意安装、紧固和检验等细节。
只有科学合理地设计和施工，螺栓连接才能发挥其应有的作用，确保钢结构的安全性和稳定性。
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2012年7月下
第41卷第369期施工技术
CONSTRUCTIONTECHNOLOGY37
异形空心构件螺栓端板连接节点设计与制作张博浩1，郭彦林1，赵思远1，窦超1，陈国栋2（1.清华大学土木工程系，北京100084；2.浙江精工钢结构有限公司，上海200233）
［摘要］国外某高铁站屋盖钢结构的主要构件采用十字形、U形等异形截面，主要节点均采用摩擦型高强螺栓端板
连接，具有避免现场焊接、安装方便和施工快捷等优点。但由于采用内法兰连接时在端板附近要开手孔，会削弱构件在端板附近的截面尺寸，导致节点受力异常复杂。采用常规计算方法无法准确评估手孔对节点承载能力的影响，故采用考虑接触和螺栓预拉力的非线性有限元方法进行分析。对结构中3种关键螺栓端板连接进行了受力分析，总结出节点的受力性能和破坏形式，供结构设计与施工参考。［关键词］钢结构；屋盖；高强螺栓；端板连接；接触分析；极限承载力
［中图分类号］TU318［文献标识码］A［文章编号］1002-8498（2012）14-0037-07
DesignandFabricationofEnd-plateBoltedConnectionBetweenSpecial-shapedHollowMembers
ZhangBohao1，GuoYanlin1，ZhaoSiyuan1，DouChao1，ChenGuodong2（1.DepartmentofCivilEngineering，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China；2.ZhejiangJinggongSteelBuildingCo．，Ltd．，Shanghai200233，China）
Abstract：Thesteelroofinahigh-speedrailroadstationisconsistedofspecial-shapedmembers，suchascross-shapedcolumnsandU-shapedbeams．End-plateboltedconnectionsareusedinordertoavoidweldingandtofacilitateconstruction．Butmechanicalpropertiesofend-plateboltedconnectionsforspecial-shapedmembersarecomplexverymuchbecauseofwebopenings．Consideringcontactandboltpretensioninanonlinearfiniteelementanalysis，theultimatestrengthof3typicalend-plateboltedconnectionsinsteelroofstructureareanalyzed，andmechanicalbehaviorsandfailuremodesoftheseconnectionsareinvestigated．Theresultsobtainedwillprovidereferencesforthestructuraldesignandconstruction．Keywords：steelstructures；roofs；high-strengthbolt；end-plateconnection；contactanalysis；ultimatebearingcapacity
［收稿日期］2012-06-25［作者简介］张博浩，博士研究生，E-mail：zbh06@163．com
国外某高铁站由英国Foster＆Partners公司设计，浙江精工钢结构有限公司施工。整个高铁站钢结构屋盖面积约10.94万m2，总用钢量约1.4万t。主要构件采用十字形、U形等异形截面，外形复杂且弯扭构件多，加工难度较大。为避免在施工现场进行焊接，主要节点采用高强螺栓内法兰式端板连接。由于手孔大大削弱了端板附近的截面尺寸，进而影响了节点的极限承载力。本文首先介绍了该高铁站屋盖钢结构的基本体系、节点构造以及加工方法，然后通过实体建模和接触算法，对3种关键高强螺栓端板连接节点进行了全过程受力分析。重点考察腹板手孔对节点极限承载力的影响以及最终破坏形式，为设计与施工提供参考。1工程概况
1.1屋盖钢结构基本体系
该高铁站屋盖可分为大厅部分和站台部分，其中大厅部分平面尺寸216m×216m，站台部分平面尺寸486m×135m，如图1所示。高铁站钢结构由“树状”基本单元沿纵横向规律排列构成，其中大厅钢结构由60个27m×27m的基本单元（见图2a）排成8排8列，基本单元高约30m。站台钢结构由360个13.5m×13.5m的基本
单元（见图2b）排列成10排36列，高约9.3m。不同位置的基本单元因幕墙连接要求、荷载情况的不同，构造特点和板件尺寸有所差异。大厅基本单元38施工技术第41卷
图1高铁站平面（单位：m）Fig．1High-speedrailroadstationplan（unit：m）
可分为9类，站台基本单元可分为10类。
图2钢结构基本单元Fig．2Basicunitofsteelstructure
1.2主要构件截面形式
大厅钢结构基本单元包括钢柱、柱头、主梁、次梁、边梁和拉杆等主要构件。其中钢柱为十字形对称截面，由4个U形部分拼接组装而成，每个U形部分包括上下翼缘板、圆弧板以及2个腹板，如图3a所示。钢柱柱头尺寸4709mm×4709mm×4405mm，由4个异形牛腿组拼而成，如图3b所示。牛腿的腹板存在一定程度弯扭，可视为圆锥面的一部分。下翼缘板和圆弧板组成的半圆管是曲率较大的弯曲构件，弯曲半径为3.6m。
图3大厅钢结构截面形式Fig．3Sectionsofsteelstructuremembers
3种梁的截面形式类似，如图3c～3e所示，均
为由圆弧板、上下翼缘板和腹板组成的封闭式U形截面，圆弧板和下翼缘板组成半圆管。其中主梁为变截面构件，与柱头连接处截面尺寸1430mm×625mm，沿主梁向外截面逐渐减小至940mm×520mm，次梁截面尺寸955mm×（485～688）mm×397mm，边梁截面尺寸为830mm×270mm。为达到
建筑上的弧线效果，主梁、次梁和边梁的半圆管均为弯曲构件，与柱头半圆管相比其弯曲半径较大，分别为89，71.6，52m。拉杆直径150mm，长约12m，通过角焊缝连接在主梁内部的加劲肋上。1.3关键节点设计
大厅钢结构基本单元中，柱头-柱节点、柱-柱拼接节点、柱头-主梁节点均采用高强度螺栓端板连接。端板连接为内法兰式，在构件腹板上开设若干临时手孔以方便高强螺栓的安装，最后采用M8沉头螺栓和6mm厚封板密封临时手孔，这样竣工后高强螺栓被隐藏在结构内部，建筑造型更加美观。考虑到临时手孔的尺寸较大，封板厚度远小于构件腹板厚度，且仅通过沉头螺栓无法与构件有效连接，设计中应考虑手孔对结构截面的不利影响。柱头与钢柱通过2个70mm厚的端板和48个10.9级M30高强度摩擦型螺栓连接，如图4a所示，每个分肢上布置12个螺栓。在端板之间设有1个100mm厚造型板，其边缘向内回缩25mm，形成建筑
的凹槽效果。雨水、电力等管道布置在钢柱内部，在端板和造型板的相应位置开设5个方孔。在钢柱和柱头的每个分肢上各开设1个350mm×500mm的临时手孔，以满足螺栓安装的需要。考虑到大厅钢结构的柱高超过14m，为便于运输和吊装，在7.85m高处设置1个柱-柱拼接节点，将钢柱分为两段。该节点与柱头-柱节点的形式类似，通过70mm厚端板和48个10.9级M30高强度摩擦型螺栓连接，不同之处在于没有设置造型板。柱头单个分肢与主梁通过2个110mm厚的端板和23个10.9级M30高强度摩擦型螺栓连接，如图4b所示，在一侧腹板上开设2个临时手孔，尺寸分别为350mm×350mm和350mm×330mm。主次梁节点如图4c所示，次梁通过端板焊接到主梁腹板上，为避免主梁腹板受力过大，次梁上翼缘延伸至主梁中部并与主梁上翼缘板焊接，并在主次梁节点处的主梁内部设置50mm加劲肋。拉杆通过8mm角焊缝与主梁内部加劲肋焊接。柱脚节点如图4d所示，钢柱焊接在120mm厚的柱脚底板上，底板通过72个M30地脚螺栓锚固于混凝土基础中的锚板上，螺栓间距150mm。在钢柱腹板上开设4个临时手孔以安装钢柱内部管道，2012No．369张博浩等：异形空心构件螺栓端板连接节点设计与制作39并在上翼缘板上预留1个永久孔洞满足内部检修需要。图4关键节点设计Fig．4Keyjointsdesign1.4构件加工该高铁站钢结构构件加工的难点集中在以下3方面：①作为承受弯矩最重要的受力构件，柱头制作时易产生应力集中。柱头的弯扭腹板首先利用计算机辅助放样裁剪尺寸合适的钢板，然后通过无模多点成型技术［1］挤压成型。为减少加工过程引入的构件变形，应合理设计板件组装次序和焊接顺序。②柱头、主梁、次梁和边梁均存在弯曲的半圆弧管，特别是柱头处半圆弧管弯曲直径仅3.6m，要求弯曲后圆管的椭圆度偏差≤3%的公称直径，且表面不得有可见的缺陷。为达到上述要求，使用冷弯成型法将板件弯曲成一定曲率，然后采用自动弧线焊完成焊接。③钢结构的制作精度和外观要求较高。在施工现场所有连接形式均为高强螺栓连接，不允许焊接、切割和热矫正，这对构件和螺栓孔加工精度提出较高要求。构件为外露钢结构，建筑外观要求表面不能有凹陷、轧制缺陷和钢印，人在地面上能够看到的结构焊缝须打磨平整。考虑到高铁站钢结构加工和安装精度要求较高，构件加工完成后按照10%的比例进行预拼装，即对大厅钢结构的6个基本单元和站台钢结构的36个基本单元进行预拼装。2高强螺栓端板连接节点受力性能分析
2.1有限元模型
柱-柱拼接节点、柱头-柱节点以及柱头-主梁节点均为高强螺栓端板连接节点，截面形式不规则难以直接利用现有规范的简化方法，且临时手孔对构件承载力的削弱作用无法手算。本文对上述3个节点进行了有限元极限承载力分析，以评估节点在设计荷载下的安全裕度，理解其破坏形式及各部分间的相对强弱。在ANSYS中建立节点有限元模型，综合考虑计算精度和成本，梁、柱和柱头采用壳单元Shell181模拟，端板、螺栓帽和螺栓杆采用实体单元Solid45，以准确模拟端板和螺栓的受力情况。网格划分质量对计算结果有一定影响，为避免单元畸变，对体单元采取自下而上的扫掠划分。螺栓孔及临时手孔附近存在应力集中，因此在上述位置适当提高网格密度。3个节点的有限元模型如图5所示，考虑到柱头-主梁节点的对称性，仅建立该节点的1/4进行计算。模拟螺栓预拉力常用的方法有预紧单元法、模拟降温法和渗透接触算法，根据已有研究成果［2］，