【钢结构·技术】|混凝土梁钢筋与钢骨柱连接钢板厚度如何确定?

在钢骨混凝土结构中,钢筋混凝土梁与钢骨混凝土柱常用的连接方式是在柱钢骨上焊接钢牛腿,将钢筋混凝土梁的纵筋焊在钢牛腿的翼缘板上。关于翼缘连接钢板厚度的取值,目前尚查不到可供参考的规定,在实际工程中这个厚度如何确定呢?

问题分析

3.1 按构造要求推算钢板厚度与钢筋直径的关系

依据JGJ 18—2012《钢筋焊接及验收规程》第4.5.11条,钢筋与钢板搭接焊的构造要求如图1所示。图中:d为钢筋直径, 焊缝宽度b= 0.6d;c=;焊缝厚度s=×0.3d= 0.45d> 0.35d(满足构造要求) ;钢板一侧的焊脚高度h=d/2+c= 0.83d。

图 1 钢板与钢筋搭接焊的构造要求示意

尽管 GB 50017—2017《钢结构设计标准》未提及角焊缝最大焊脚高度的限值,为了保护钢板材性,现依然参照 GB 50017—2003《钢结构设计规范》8.2.7-2条,取角焊缝的焊脚尺寸不宜大于较薄焊件厚度的1.2倍,即:

h≤ 1.2t

则:钢板厚度t≥h/1.2 = 0.83d/1.2 = 0.7d。

也就是说,按构造要求,钢筋与钢板搭接焊时,钢板厚度可取为 0.7d。下面按此厚度验算钢板的强度是否满足要求。

3.2 钢板抗拉剪撕裂验算

按钢筋混凝土梁的构造要求,取梁上筋最小中心距为 2.5d,以抗撕裂最不利的角筋为验算对象,如图2所示。

图 2 钢筋排布示意

考虑钢筋与钢板为单面连接,取有效截面系数η= 0.85,则钢板抗拉剪撕裂承载力设计值为:

式中:F_k为钢板抗拉剪撕裂承载力设计值;f为钢板抗拉强度设计值;A_i为第i段破坏面的截面积;η_i为第i段的拉剪折算系数;F为钢板抗拉承载力设计值;d为钢筋公称直径;f_y为钢筋抗拉强度设计值。

3.3 钢筋抗拉强度设计值

钢筋抗拉承载力设计值F_s为:

假设钢材为Q235, 抗拉强度取最小值,f=200 MPa,则:

F_k= 3.21d²f= 3.21 ×d²× 200 = 642d²

钢筋按目前常用的最高强度钢HRB500考虑,f_y= 435 MPa,则:

F_s= 0.785d²f_y= 0.785 ×d²× 435 = 341d²

可见:F_k?F_s,钢板抗撕裂足够安全。

3.4 钢板抗拉强度验算

如图2所示,取中间钢筋对应的钢板受拉有效宽度b_e= 2.5d,并取有效截面系数η= 0.85,则钢板抗拉承载力设计值:

F= 0.85 × 2.5d× 0.7d×f= 1.49d²f

对于常用的钢筋和强度等级较低的钢材,计算对比如表1。由 表1可见, 只有在钢板为Q235、钢筋为HRB500时,才出现钢板抗拉强度小于钢筋的情况。实际上,钢骨混凝土工程中不可能出现这种组合,钢骨的强度等级不会低于Q355。

表1 常用钢板及钢筋计算式

由上可知,钢筋与钢板搭接焊时,钢板厚度取为钢筋直径的 70%,可以满足要求。