Introducción y puntos técnicos de la conexión de perno completo de la estructura de acero
Características y beneficios de las conexiones completamente atornilladas
La conexión de perno completo, como sugiere el nombre, significa que las partes principales que soportan tensión en la conexión son solo pernos. Las conexiones tales como pies de columna, vigas primarias y secundarias, vigas-columnas, soportes, etc. en la estructura de acero se pueden atornillar por completo.
Aunque la conexión de perno completo aumentará el costo, también tiene muchas ventajas.
Requisitos reducidos para las condiciones de instalación en el sitio
Durante la construcción de conexiones con pernos, los trabajadores solo necesitan llevar herramientas de instalación simples para completar. La conexión de soldadura tradicional requiere el uso de equipos de soldadura especiales y equipos eléctricos, y la dependencia del equipo será más fuerte. Los requisitos de operación para la conexión de pernos serán más relajados. Por ejemplo, la construcción con pernos se puede realizar a temperaturas superiores a -10 °C, mientras que la construcción con soldadura requiere el precalentamiento de las piezas conectadas cuando la temperatura es baja. Por supuesto, para las unidades de construcción, la mayor diferencia radica en los requisitos de personal. Durante las operaciones de soldadura, el personal de construcción debe tener habilidades profesionales y aprobar el examen de tecnología de seguridad y tener un certificado antes de poder trabajar, pero no existe un requisito correspondiente para el personal de construcción de pernos.
Calidad de conexión controlable
La soldadura in situ es un proyecto oculto y su calidad se ve afectada en gran medida por varios factores, como la temperatura ambiente, la posición de soldadura, el nivel de soldadura, etc. Por lo tanto, se requieren inspecciones de calidad correspondientes para soldaduras con altos requisitos para garantizar la resistencia. Los indicadores técnicos de la conexión de pernos son relativamente simples y existen herramientas y medidas especiales para garantizar la confiabilidad de la conexión. Por lo tanto, desde la perspectiva de la calidad de la conexión, la calidad de los pernos es más estable y no requiere demasiadas salvaguardas adicionales.
Protección del medio ambiente y bajas emisiones de carbono.
La soldadura inevitablemente producirá la correspondiente contaminación lumínica y de gas en el sitio, pero el proceso de empernado no tendrá este problema. Para la industria de la construcción, las emisiones de carbono durante la fase de construcción son un nodo clave. Cuando se adopta una conexión de perno completo, todo el trabajo de soldadura se puede transferir a la fábrica de componentes y las emisiones de carbono se pueden reducir a través de medios técnicos, que serán más controlables que las operaciones de soldadura en el sitio.
Fácil de desmontar más tarde.
En comparación con la estructura de hormigón, la característica más importante de la estructura de acero es que la estructura tiene cierta capacidad de desmontaje. Cuando la conexión del perno se usa por completo, la capacidad de desmontaje de la estructura es mejor y los componentes solo se pueden separar quitando los pernos de conexión. Esta característica puede realizar convenientemente el ajuste funcional de la estructura local.
Diseño y condiciones técnicas para conexiones completamente atornilladas
Método de cálculo de la capacidad de carga del grupo de pernos
Los grupos de pernos se pueden dividir en dos tipos según sus características de tensión.
Uno está cortado por el perno.
En primer lugar, se supone que el centro de rotación del grupo de tornillos está en su centro geométrico, y luego la fila más exterior de tornillos alcanza el límite superior de su capacidad portante a cortante como límite. Suponiendo que la fuerza cortante de los pernos restantes en el lado interior tiene una relación lineal con la distancia desde el centro de rotación, los momentos de todos los pernos se suman para obtener la capacidad de flexión del grupo de pernos.
Se puede ver a partir de la fórmula que la capacidad de carga por flexión del grupo de tornillos tiene una gran relación con el tamaño de su disposición geométrica. Cuando aumenta el tamaño de la disposición geométrica, la capacidad de carga por flexión también aumenta en consecuencia.
El otro es la tensión del perno.
En primer lugar, también se debe suponer el centro de rotación de un grupo de tornillos. En general, se puede suponer que el centro geométrico del grupo de tornillos o la posición en la que pueden existir bisagras plásticas en la placa de extremo de conexión (como el centro del ala inferior de la viga de conexión). De manera similar, se toma como límite la capacidad portante de tracción de la fila más externa de pernos. Suponiendo que la fuerza de tracción de los pernos restantes en el lado interior tiene una relación lineal con la distancia desde el centro de rotación, los momentos de todos los pernos se suman para obtener la capacidad de flexión del grupo de pernos.
Como en el caso del corte anterior, la capacidad de flexión del grupo de tornillos también tiene mucho que ver con la disposición geométrica. Y se puede ver que si se supone que el eje neutral está en el centro geométrico, la mitad de los pernos están realmente bajo compresión, y los pernos reales no pueden comprimirse, por lo que esta parte de la fuerza la soporta la placa final.
Tratamiento especial en conexión de haz corto
La conexión de viga corta es una forma especial de conexión de perno completo, porque es necesario instalar una viga corta en los componentes conectados por adelantado, y luego la viga y los componentes conectados se conectan mediante un empalme de perno completo de vigas y vigas. Al diseñar esta conexión, se debe prestar atención a los siguientes detalles.
Suposición de fuerza igual
En la conexión de empalme, lo más importante a lo que se debe prestar atención es la suposición de la misma fuerza. A diferencia de la conexión del borde de la columna, la conexión de empalme adopta directamente la capacidad de carga del componente, es decir, es tan fuerte como el componente. ¿Por qué no usar directamente la fuerza interna final del componente? Por un lado, debido a que las posiciones de empalme no están en los extremos, es difícil obtener la fuerza interna real; por otro lado, considerando que la descripción del componente en el diseño actual es que la rigidez es continua, si se debilita la rigidez del empalme, no se cumple con la premisa de diseño.
Debido a que el diseño de igual resistencia en realidad usa la capacidad de carga del componente como el límite superior para el diseño, lo primero que se debe determinar es que la capacidad de carga aquí necesita usar la capacidad de carga de la sección del componente; la segunda cosa a determinar es el tamaño de la capacidad de carga. Teniendo en cuenta los requisitos del diseño de la conexión, la capacidad portante de la sección solo toma M y V. La viga está sujeta principalmente a flexión, por lo que la fuerza interna de igual resistencia aquí puede tomar el momento de flexión máximo Wf, y la fuerza cortante correspondiente debe ser la fuerza cortante fuerza correspondiente a este momento flector. Dado que el esfuerzo cortante en este momento está relacionado con la carga vertical y la luz de la viga, no es conveniente utilizarlo directamente, por lo que puede simplificarse y tomarse como 1/2 de la capacidad cortante de la sección. (Es demasiado conservador tomar la capacidad portante a cortante de acuerdo con la sección completa, y no es necesario).
Coeficiente de transferencia del momento de flexión
Cuando la placa de conexión del ala es demasiado larga, teniendo en cuenta la histéresis de la transmisión del esfuerzo cortante, el momento de flexión real transmitido al alma será menor que el valor asignado por el cálculo. Por lo tanto, es necesario ajustar un parámetro en este momento para aumentar adecuadamente el momento de flexión soportado por el ala y reducir el momento de flexión soportado por el alma. El valor de este parámetro también recibe un valor sugerido de 0,4 en los materiales de capacitación del código sísmico, y generalmente es suficiente mantener este valor para el diseño.
Principios y métodos de cálculo de la capacidad portante última
Cuando la estructura tiene requisitos de construcción sísmica, se debe verificar la capacidad de carga máxima de los nodos de conexión de la estructura de acero. Pero hay una cosa que necesita atención, y es el propósito de verificar la capacidad de carga última de la conexión. El propósito de controlar la capacidad portante última es hacer que la capacidad portante última de las juntas sea mayor que el momento de flexión plástica de las vigas conectadas. El efecto final del control de esta capacidad portante será que la viga ceda antes que los nudos, es decir, la rótula plástica se desplace hacia el exterior, garantizando así la seguridad de los elementos verticales.
Problemas existentes y planes de mejora
El diseño del piso es difícil.
Cuando se utiliza la conexión completamente atornillada en forma de vigas cortas, dado que el ala necesita tener una placa de conexión, se producirá el problema del desnivel del ala superior, lo que trae dificultades para la disposición de la plataforma del piso. Entonces, en algunos proyectos, para evitar este problema, se usará la conexión de la placa final cerca del lado de la columna.
Mayores requisitos para la profundización y el procesamiento.
El perno en sí es un sujetador y debe atravesar al menos dos partes con un orificio para perno en el medio. Cuando el número de pernos es grande, todos los orificios de los pernos deben estar alineados con precisión. Sin embargo, en la ingeniería real, debido a la profundización o precisión de mecanizado insuficiente, puede haber una desalineación de los orificios de los pernos entre las piezas asociadas, lo que provoca dificultades de construcción. Para resolver rápidamente este tipo de problema, el personal de construcción en el sitio a menudo opta por deformar a la fuerza las piezas para cumplir con las condiciones de instalación o abandonar directamente la instalación de algunos pernos, lo que traerá serios riesgos de seguridad.
Al final
En general, las ventajas de usar pernos completos para conexiones de estructuras de acero superan las desventajas. TorcStark tiene muchos años de experiencia en la resolución de pernos. Especialmente para la conexión de todos los pernos en estructuras de acero. Y hemos desarrollado muchos herramientas hidráulicas para conexión de pernos, incluido llaves hidráulicas, tensores hidraulicos etcétera.
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