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淺析鋼結構設計中的剛接、鉸接及半剛性連接

連接節點的類別，根據節點處傳遞荷載的情況，所采用的連接方法以及細部構造，按節點的力學特性，可以分為剛性連接節點、鉸接連接節點以及半剛性連接節點。

節點的設計構造應當與理論計算模型相一致。不同連接節點的細部構造將會影響結構構件的受力特征以及出現不同的內力重分布和撓曲變形。

例如，鋼框架在結構分析時，梁柱的連接通常假定為剛接或鉸接，剛接時需將梁的翼緣與柱焊接，同時將梁的腹板與柱翼緣焊接，或通過螺栓與柱翼緣上的節點板連接，而鉸接則僅需將梁的腹板通過螺栓和柱相連接，前者構造復雜且梁跨中截面不能充分利用，后者盡管構造簡便，但僅利用了梁跨中截面且結構的變形較大，采用梁柱的半剛性連接則能避免其不足。

鋼結構節點設計應根據結構的重要性、受力特點、荷載情況和工作環境等因素選用節點形式、材料與加工工藝。在具體的設計中，為使連接節點具有足夠的強度和剛度，應根據連接節點的位置及其所要求的強度和剛度，合理地確定連接節點的形式、連接方法、具體構造、基本公式以及理論分析模型。

 連接節點的剛性大小可以通過彎矩M-曲率φ關系曲線來描述。理論的絕對剛性連接節點需要能夠傳力彎矩M、剪力V以及軸力等，在彎矩M作用下截面的曲率φ=0，也即不發生轉角，抗彎剛度無窮大；理論的絕對鉸接是完全不能承受彎矩，也即抗彎轉動剛度等于零。

而對于半剛性連接節點，其連接既非完全剛性，又非理想鉸接，其節點處的彎矩和相對轉角關系是呈非線性的，它的轉動特性介于完全剛接和理想鉸接兩者之間，既可以傳遞一定的彎矩，又會在構件之間產生一定的相對轉角。

對鋼框架而言，試驗結果表明，真正剛接或鉸接的框架是不存在的，所有鋼框架梁柱連接節點都是半剛性的。在實際設計中，所謂剛接連接節點在正常使用工況下截面幾乎不產生轉動曲率，更接近理論上的絕對剛性連接節點，所謂的鉸接連接節點在正常使用工況下很容易發生截面轉動，更接近理論上的絕對鉸接連接節點，因為可以分別視為剛接與鉸接進行理論計算。

而對于半剛性連接節點，設計時應當考慮剛度降低的影響，如果將其假設成剛性連接或鉸接的結構進行內力分析，由于其假設的內力狀況與實際受力的狀況不同，得出的結果很可能是不可靠的，目前較為準確的方法是考慮二階效應、節點本構與材料非線性的高階分析分析方法

        半剛性連接一般采用端板、角鋼、槽鋼、連接件等組合連接方式，連接形式更適合當下推崇的建筑工業化的裝配式建造方式，可以實現現場無焊接作業，施工便捷，目前應用也較為廣泛。研究表明，連接剛度大小排序：短T形半剛性連接＞端板半剛性連接＞頂部底部角鋼半剛性連接＞局部端板半剛性連接＞腹板雙角鋼半剛性連接＞腹板單角鋼半剛性連接。

        采用半剛性連接進行準確分析時應注意，根據《鋼結構設計標準》GB50017-2017第5.1.4條，梁柱采用半剛性連接時，應計入梁柱交角變化的影響，在內力分析時，應假定連接的彎矩-轉角曲線，并在節點設計時，保證節點的構造與假定的彎矩-轉角曲線符合。