鋼結構中的鉸接詳解

在鋼結構中，鉸接（Pin Connection 或 Hinge Connection）是指連接節點僅能傳遞軸向力和剪力，無法傳遞彎矩，被連接構件在節點處可自由轉動。鉸接是鋼結構中常用的連接方式之一，廣泛應用于次梁與主梁的連接、支撐與框架的連接等場景。

 1. 鉸接的基本特征

 傳遞內力：鉸接僅能傳遞軸向力和剪力，無法傳遞彎矩。

 轉動自由：被連接構件在節點處可自由轉動，變形不協調。

 構造形式：通常采用螺栓連接、銷軸連接或合頁連接。

 2. 鉸接的構造形式

 （1）螺栓連接

 普通螺栓連接：通過普通螺栓將連接板固定，螺栓僅承受剪力，不承受彎矩。

 高強度螺栓連接：雖然高強度螺栓通常用于剛接，但在某些情況下，通過合理設計也可用于鉸接。

 （2）銷軸連接

 圓柱銷連接：通過圓柱銷將兩個構件連接，銷軸僅承受剪力，構件可繞銷軸自由轉動。

 圓錐銷連接：圓錐銷連接具有自鎖功能，但在鉸接中應用較少。

 （3）合頁連接

 門式合頁：類似于門窗合頁，允許構件在平面內自由轉動。

 鉸支座：在橋梁、桁架等結構中，常采用鉸支座實現鉸接。

 3. 鉸接的設計要點

 （1）連接強度

 螺栓強度：螺栓的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。

 銷軸強度：銷軸的直徑和材料應滿足抗剪和抗擠壓要求。

 （2）節點剛度

 轉動剛度：鉸接的轉動剛度近似為零，節點處的相對轉角較大。

 半剛性影響：在實際工程中，鉸接可能表現出一定的半剛性特性，需要考慮節點剛度對結構內力和變形的影響。

 （3）構造細節

 螺栓布置：螺栓應均勻對稱布置，避免應力集中。

 銷軸固定：銷軸應可靠固定，防止脫落。

 連接板厚度：連接板的厚度應滿足抗剪和抗擠壓要求。

 4. 鉸接的應用場景

 （1）次梁與主梁連接

 簡支梁：次梁與主梁采用鉸接時，次梁可視為簡支梁，計算模型簡單。

 減少次梁撓度：通過鉸接，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，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）桁架結構

 弦桿與腹桿連接：在桁架結構中，弦桿與腹桿的連接通常采用鉸接，確保桁架的內力分布合理。

 5. 鉸接的優缺點

 （1）優點

 構造簡單：鉸接的構造形式簡單，施工方便。

 受力明確：鉸接僅傳遞軸向力和剪力，受力分析簡單。

 適應變形：鉸接允許構件自由轉動，適應結構變形的能力較強。

 （2）缺點

 承載力低：鉸接無法傳遞彎矩，承載力較低，不適用于需要傳遞彎矩的節點。

 剛度小：鉸接的轉動剛度近似為零，結構的整體剛度較小。

 穩定性差：在受壓構件中，鉸接可能導致構件失穩。

 6. 鉸接的設計規范

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

 國際規范：美國《鋼結構設計規范》（AISC 360）、歐洲《鋼結構設計規范》（EN 1993）等也對鉸接的設計和構造做出了規定。

 7. 鉸接的施工要點

 （1）螺栓施工

 螺栓預緊力：鉸接螺栓無需預緊力，但應確保螺栓緊固可靠。

 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。

 （2）銷軸施工

 銷軸安裝：銷軸應安裝到位，確保構件可自由轉動。

 銷軸固定：銷軸應可靠固定，防止脫落。

 （3）連接板加工

 連接板尺寸：連接板的尺寸應符合設計要求，確保螺栓孔和銷軸孔的位置準確。

 連接板表面處理：連接板表面應平整，無毛刺和銹蝕。

 8. 鉸接的檢測與維護

 （1）定期檢測

 螺栓檢查：檢查螺栓是否松動、斷裂，必要時進行緊固或更換。

 銷軸檢查：檢查銷軸是否磨損、變形，必要時進行更換。

 （2）維護加固

 螺栓加固：對松動的螺栓應及時緊固，對損壞的螺栓應及時更換。

 銷軸加固：對磨損的銷軸應及時更換，確保節點的連接可靠性。

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