轉動能力
塑性設計的框架要求塑性鉸部位有一定轉動能力,以便後續的內力重分布能夠出現。
1.剛性連線這種構造假定樑柱連線有足夠的剛性,樑柱間無相對轉動,連線能承受彎矩。鉸支連線這種構造假定結構承受重力荷載時,主梁和柱之間只傳遞垂直剪力,不傳遞彎矩。這種連線可以不受約束的轉動。
2.在鋼結構框架的傳統分析與設計中,為簡化分析設計過程,樑柱連線被認作理想的鉸接連線或完全的剛性連線,並且認為:連線對轉動約束達到理想剛接的90%以上,可視為剛接;在外力作用下,柱樑軸線夾角的改變數達到理想鉸接的80%以上的連線視為鉸接。採用理想鉸接的假定,將意味著梁與柱之間沒有彎矩的傳遞,就轉動而論,用鉸連在一起的梁和柱將相互獨立地轉動.
能抵抗彎矩作用的柱腳稱為剛接柱腳,相反不能抵抗彎矩作用的柱腳稱為鉸接柱腳,剛接與鉸接的區別在於是否能傳遞彎矩,從實際上看,如果錨栓在翼緣的外側,就是剛接,而且一般不少於四個,如果在翼緣內側,就是鉸接,一般為兩個或四個。
這兩種柱腳很明顯的區別就是對側移控制,如果結構對側移控制較嚴,則採用剛接柱腳,例如有吊車荷載的情況,吊車荷載是動力荷載,對側移比較敏感,而且側移過大會造成吊車卡軌現象,此時應把柱腳設計成剛接柱腳。
建築上的連線
鋼結構中,梁與柱的連線通常採用3種形式,柔性連線(也稱鉸接)、半剛性連線和剛性連線。在工程實踐中,如何判別一個節點屬於剛性、半剛性或鉸接連線主要是看其轉動剛度 ,剛性連線應不會產生明顯的連線夾角變形,即連線夾角變形對結構抗力的減低應不超過5%。
樑柱的半剛性連線可以採用在梁端焊上端板,用高強螺栓連線,或是用連於翼緣的上、下角鋼和高強螺栓。其設計要求如下:
(1)端板連線 在端板連線節點中力的傳遞可將梁端彎矩簡化為一對力偶,拉力經受受拉翼緣傳遞。受拉螺栓對受拉翼緣對稱布置。壓力可以通過端板或柱翼緣承壓傳遞,壓力區螺栓可少量設定,並和受拉螺栓一起傳遞剪力。
(2)上下角鋼連線 用上下角鋼連線的節點中,受拉一側的連線角鋼在彎矩作用下,不僅豎肢變形,水平肢也變形。因此,角鋼連線的剛度比端板者稍低。
連線性質的劃分應由下列三項指標來表征
抗彎剛度,轉動剛度,延性(轉動能力)。
抗彎承載力是連線強度的主要項目,此外還有抗剪強度。剛性連線從理論上來說,承受彎矩和剪力的能力應該不低於梁的承載能力,亦即不低於梁的塑性鉸彎矩和腹板全塑性剪力。地震區的框架應該要求更高,體現“強連線-弱構件”的原則。對於柔性連線則只要求其抗剪能力。半剛性連線介於剛性和柔性連線之間,必須具有一定的抗彎能力。
連線的轉動剛度由彎矩-轉角曲線的斜率來體現,它不是常量,轉動剛度對框架變形和承載力都有影響。對變形的影響需要結合正常使用極限狀態進行分析。為此,應考察連線的初始剛度或標準荷載作用下的割線剛度。剛性連線的剛度,理論上需要達到無限大,但實際上只要達到一定的限值就可以看作是剛性連線,問題在於如何從數量上做出界定。
公車上的套用
在我國及國外許多城市,鉸接公車的出現越來越頻繁,它和普通公交的區別在於它是用鉸鏈將兩節車廂連線起來,使車身變得更長,並最佳化了轉向半徑和載客量,使一部車能運輸更多的人。
一般的鉸接公車有16m長和18m長,著名的鉸接公車生產廠商有青年客車,宇通客車,海格客車及黃海客車等。大多數鉸接車採用後置引擎全承載布局,少數採用前置布局,極少數採用中置布局。