膜结构工程中全螺栓连接的设计技术条件

膜结构工程中全螺栓连接的设计技术条件

1  螺栓群的承载力计算方法

螺栓群根据其受力特性，可以分为两种类型。

一种为螺栓受剪。首先假定其螺栓群的转动中心在其几何中心，而后以最外排的螺栓达到其受剪承载力上限为极限。假定内侧的其余螺栓的剪力与其到转动中心的距离呈线性关系，以此对所有的螺栓的力矩求和，得到螺栓群的受弯承载力。

从公式中可以看到，螺栓群的受弯承载力与其几何排布尺寸有较大关系，当几何排布尺寸增加时，受弯承载力也相应增加。

另一种为螺栓受拉。首先也要假定一个螺栓群的转动中心，一般可假定在螺栓群的几何中心或者连接端板可能发生塑性铰的位置（比如相连梁的下翼缘中心）。同样的，也以最外排螺栓达到受拉承载力作为极限。假定内侧的其余螺栓的拉力与其到转动中心的距离呈线性关系，以此对所有的螺栓的力矩求和，得到螺栓群的受弯承载力。

和上面受剪的情况一样，螺栓群的受弯承载力也和几何排布有很大关系。而且可以看到，如果假定中和轴在几何中心时，有一半的螺栓实际是处于受压状态的，实际螺栓是不可能受压的，所以这部分力是由端板来承担的。

2  短梁连接中的特殊处理

短梁连接是一种比较特殊的全螺栓连接形式，因为需要预先在被连接的构件上安装一段短梁，而后通过梁与梁的全螺栓拼接的方式，将梁与被连接构件连接起来。在进行这种连接的设计时，需要注意以下这些细节。

等强假定在拼接连接中，最需要注意的就是等强假定。不同于柱边连接，拼接连接直接采用的是构件承载力，也就是和构件等强。为什么不直接取用构件的端部内力呢？一方面是因为拼接位置都不在端部，实际内力很难取得；另一方面，则是考虑到实际设计时对构件的描述是刚度连续，如果拼接处的刚度进行削弱的话，不符合设计前提。

因为等强设计实际上是采用构件承载力作为上限进行设计，那么首先要确定的是这里的承载力需要采用的是构件截面的承载力；其次要确定的是承载力的大小。考虑到连接设计的需求，截面承载力只取M和V两项。而梁主要是以受弯为主，所以这里的等强内力可以取最大弯矩Wf，对应的剪力应为此弯矩对应的剪力。由于此时剪力和竖向荷载以及梁跨有关，不方便直接使用，所以可以简化后取截面抗剪承载力的1/2。（按全截面抗剪承载力取过于保守，没有必要）。

弯矩传递系数   当翼缘的连接板过长时，考虑到剪力传递的滞后性，实际传递给腹板的弯矩会小于计算分配的数值。所以此时需要有一个参数来进行调节，适当的增加翼缘承担的弯矩，同时减少腹板承担的弯矩。这个参数的数值在抗震规范培训教材上也给出了建议值0.4，一般保持这个数值进行设计即可。

3 极限承载力的计算原则和方法

当结构有抗震构造要求时，对钢结构的连接节点，需要进行极限承载力的验算。极限承载力的计算可以参考抗规的8.2.8条，这里就不再赘述。但是有一点是需要注意，即连接的极限承载力的验算目的。从原理上可以知道，控制极限承载力的目的是让节点的极限承载力要大于相连梁的塑性弯矩，而控制这项承载力的最终效果会让梁先于节点发生屈服，即塑性铰外移，以此保证竖向构件的安全。需要达到塑性铰外移的部位，在钢结构设计标准的17.2.9条中已经有所规定，即塑性耗能区。如果连接已经不在此区段内，此时不管是连接先屈服还是构件先屈服都已不再重要，可不进行验算。

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