结构设计中梁端铰接的问题
摘要:结构设计中经常会遇到梁端铰接还是固结的问题,这时常困惑着结构设计人员,本文就结构设计中如何确定铰接梁的问题就个人观点做以阐述
关键词:结构设计铰接刚接
1.引言
好的结构设计既要传力明确,又要跟实际相符,其中梁端固结还是铰接直接影响着结构的受力状态,本文就结构设计中铰接梁的问题做如下探讨。
2.刚接与铰接的概念
梁间连接的方式通常有刚接和铰接两种形式。
刚接是指能传递竖向力和水平力,又能传递弯矩的构件相互连接方式,而铰接是指能传递竖向力和水平力而不能传递弯矩的构件相互连接方式。
然而现实中梁的连接方式通常是介于两者之间的,一般情况下,能承受弯矩大的连接方式就称为刚性,而受力过程中承受较小弯矩时就偏向于形成铰接。
3.当前存在的设铰接梁的几种情况及探讨
3.1剪力墙的厚度或主梁宽度不能满足梁负弯矩筋的锚固要求,则梁与构件的连接可以认为属于铰接,在PKPM结构设计时可以点铰。
3.2.当梁为多夸连续布置时,连续梁的端支座处理办法同3.2.1,其中间支座负弯矩筋连续通过剪力墙,不存在锚固长度的问题,可以认为是刚接。
上面两种情况,可概括为梁端锚固长度不够。
铰接和固接是通过构造措施保证的。
作为梁端铰接,就是要保证梁端有一定的转动能力,允许此梁在两端形成朔性铰而产生裂缝,但是不会破坏,实际上没有完全的铰接也没有完全的固接,我们所能做的就是使我们的构造措施能满足工程的需要。
我们认为假定梁端为铰接的结构,实际上梁端仍然有一定的弯矩,因此《混凝土规范》9.2.6条对此作出了规定要求上部配置构造钢筋,就是这个道理。
但要注意,按铰接设计的梁端负筋一定不能过大,满足构造要求即可;否则塑性铰很难形成,不能形成塑性铰则次梁弯矩对主梁造成的协调扭矩依然存在,但计算又未考虑该协调扭矩,有可能造成主梁抗扭不足。
3.3虽然主梁的宽度可以满足次梁负弯矩筋的锚固要求,但因主梁的线刚度比次梁的线刚度大很多,此时线刚度大的主梁可视作线刚度小的次梁系的不动铰支座,则次梁与主梁连接处可以认为是铰接
3.4由于主梁对次梁的约束作用, 当次梁靠近主梁支座时,会在其梁梁端产生
相应的负弯矩和一定程度的扭矩,导致配筋困难,这时候,我们可以将次梁梁端处理成铰接,从而减小主梁受到的扭矩。
这种情况要么柱网布置不太好,看看能不能调整柱网,把荷载大的争取放在主梁(框架)上面,如果不能变动柱网,那就看看能不能加宽或加高框架梁,或者减小此梁截面,如果还是不行,那才考虑铰接。
总之钢筋混凝土结构还是尽量不要人为设置铰接。
或许有人会问框梁跨中的次梁和靠支座的次梁截面大小也一样的,那为什么跨中不扭而支座会扭呢,因为跨中的梁线刚度和支座处的梁线刚度是不一样的,靠近支座处的框梁受到框柱及其他框梁的约束,使得该部位的线刚度非常大,而跨中的部位线刚度较之支座处小,因而导致框梁的这个部位最易变形,轻松释放掉次梁传递来的扭距,反观同一根框梁的支座处,刚度太大,能量集中,扭距不能得到释放,导致这个部位容易出现抗扭不足的情况.
4.通常人为主动点铰的,很少, 因为主次梁整浇时,是不可能形成铰接的.。
一般软件会自己根据刚度来分配荷载,我们无需人为干涉,通常在梁超筋的时候(主要是扭矩太大引起),把次梁点为铰接.铰接只传递竖向力,不传递弯矩和扭矩.
小结:对于铰接,其实质是控制支座的约束条件,使其达不到抗力要求而开裂卸载,保证重要构件的安全。
以上的铰接处理,是需要人工进行判断的,并不是什么都可以点铰,过多的铰接会让结构产生大量的塑性内力重分布,内力分配不合理因素加大,使得计算结果的失真。
结构分析应真实可靠,同时注意不要让结构产生机构,也就是几何可变体系
参考文献:
[1]《SATWE S-3用户手册》
[2]PKPM结构设计中铰接梁的探讨
[3]关于PKPM中梁的铰接的问题
[4]《混凝土结构设计规范》GB50010-2010
[5] 《混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图(现浇混凝土框架、剪力墙、框架剪力墙、框支剪力墙结构)》11G101-1《11G101-1》。