钢结构中的铰接详解

在钢结构中，铰接（Pin Connection 或 Hinge Connection）是指连接节点仅能传递轴向力和剪力，无法传递弯矩，被连接构件在节点处可自由转动。铰接是钢结构中常用的连接方式之一，广泛应用于次梁与主梁的连接、支撑与框架的连接等场景。

 1. 铰接的基本特征

 传递内力：铰接仅能传递轴向力和剪力，无法传递弯矩。

 转动自由：被连接构件在节点处可自由转动，变形不协调。

 构造形式：通常采用螺栓连接、销轴连接或合页连接。

 2. 铰接的构造形式

 （1）螺栓连接

 普通螺栓连接：通过普通螺栓将连接板固定，螺栓仅承受剪力，不承受弯矩。

 高强度螺栓连接：虽然高强度螺栓通常用于刚接，但在某些情况下，通过合理设计也可用于铰接。

 （2）销轴连接

 圆柱销连接：通过圆柱销将两个构件连接，销轴仅承受剪力，构件可绕销轴自由转动。

 圆锥销连接：圆锥销连接具有自锁功能，但在铰接中应用较少。

 （3）合页连接

 门式合页：类似于门窗合页，允许构件在平面内自由转动。

 铰支座：在桥梁、桁架等结构中，常采用铰支座实现铰接。

 3. 铰接的设计要点

 （1）连接强度

 螺栓强度：螺栓的抗剪承载力应满足设计要求，螺栓的排列和间距应符合构造要求。

 销轴强度：销轴的直径和材料应满足抗剪和抗挤压要求。

 （2）节点刚度

 转动刚度：铰接的转动刚度近似为零，节点处的相对转角较大。

 半刚性影响：在实际工程中，铰接可能表现出一定的半刚性特性，需要考虑节点刚度对结构内力和变形的影响。

 （3）构造细节

 螺栓布置：螺栓应均匀对称布置，避免应力集中。

 销轴固定：销轴应可靠固定，防止脱落。

 连接板厚度：连接板的厚度应满足抗剪和抗挤压要求。

 4. 铰接的应用场景

 （1）次梁与主梁连接

 简支梁：次梁与主梁采用铰接时，次梁可视为简支梁，计算模型简单。

 减少次梁挠度：通过铰接，次梁的挠度主要由自身刚度控制，不受主梁变形的影响。

 （2）支撑与框架连接

 中心支撑：支撑与框架采用铰接时，支撑仅承受轴向力，不承受弯矩。

 偏心支撑：在某些偏心支撑体系中，也可能采用铰接连接。

 （3）桁架结构

 弦杆与腹杆连接：在桁架结构中，弦杆与腹杆的连接通常采用铰接，确保桁架的内力分布合理。

 5. 铰接的优缺点

 （1）优点

 构造简单：铰接的构造形式简单，施工方便。

 受力明确：铰接仅传递轴向力和剪力，受力分析简单。

 适应变形：铰接允许构件自由转动，适应结构变形的能力较强。

 （2）缺点

 承载力低：铰接无法传递弯矩，承载力较低，不适用于需要传递弯矩的节点。

 刚度小：铰接的转动刚度近似为零，结构的整体刚度较小。

 稳定性差：在受压构件中，铰接可能导致构件失稳。

 6. 铰接的设计规范

 中国规范：《钢结构设计标准》（GB 50017）对铰接的设计、施工和验收提出了详细要求。

 国际规范：美国《钢结构设计规范》（AISC 360）、欧洲《钢结构设计规范》（EN 1993）等也对铰接的设计和构造做出了规定。

 7. 铰接的施工要点

 （1）螺栓施工

 螺栓预紧力：铰接螺栓无需预紧力，但应确保螺栓紧固可靠。

 螺栓安装顺序：螺栓的安装顺序应符合设计要求，避免螺栓受力不均。

 （2）销轴施工

 销轴安装：销轴应安装到位，确保构件可自由转动。

 销轴固定：销轴应可靠固定，防止脱落。

 （3）连接板加工

 连接板尺寸：连接板的尺寸应符合设计要求，确保螺栓孔和销轴孔的位置准确。

 连接板表面处理：连接板表面应平整，无毛刺和锈蚀。

 8. 铰接的检测与维护

 （1）定期检测

 螺栓检查：检查螺栓是否松动、断裂，必要时进行紧固或更换。

 销轴检查：检查销轴是否磨损、变形，必要时进行更换。

 （2）维护加固

 螺栓加固：对松动的螺栓应及时紧固，对损坏的螺栓应及时更换。

 销轴加固：对磨损的销轴应及时更换，确保节点的连接可靠性。