节点类型:腹板侧板节点
单位制: 公制
设计依据: AS 4100
验算内容:螺栓、母材、焊缝
板材材质: Grade 300
螺栓:M20 Grade 8.8
焊缝:角焊缝,焊脚尺寸 8 mm,强度 490 MPa
算例来源: B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – 第 9.4.1.3 章
几何尺寸
梁 UB 406×178×60 通过尺寸为 280×90 mm 的腹板侧板与柱 UC 254×254×89 相连。采用 4 颗 M20 Grade 8.8 螺栓,间距为 70 mm。假定由于撑梁和楼板的约束,梁不能绕弱轴转动,也不承受绕弱轴的弯矩。

施加荷载
梁承受剪力。为偏于保守,在螺栓设计中,剪力应取柱面处的值,使螺栓群同时承受弯矩——选择位置 130 mm 处的内力。在翅板和焊缝设计中,剪力应施加于梁腹板处螺栓群重心位置——选择螺栓处的内力。
手算结果
手算结果参考 B. Kirke, I.H. Al-Jamel. Steel Structures: Design Manual To AS 4100, 2004 – 第 9.4.1.3 章。作用于螺栓的最大剪力为 85.9 kN,接近螺栓抗剪承载力 92.6 kN。板的承压和撕裂承载力约为螺栓承载力的两倍。腹板侧板的抗剪承载力为 322.6 kN,接近施加荷载。角焊缝焊脚尺寸为 8 mm,强度等级 490 MPa;承载力为 \( \phi V_w = \phi \cdot 0.6 \cdot 490 \cdot \frac{8}{\sqrt{2}} = 1.33\, \textrm{kN/mm} \),单位竖向长度的力为 0.84 kN/mm,储备率为 37 %。最薄弱环节为螺栓。假定螺栓内力线性分布,最大施加荷载可达 270 kN。
IDEA StatiCa 计算结果
该节点的控制荷载位置为柱面处。螺栓群同时承受剪力和弯矩。在剪力荷载 270 kN 时,受力最大的螺栓承受剪力 V*f = 92.1 kN,以及由单侧翅板变形引起的小拉力 N*f = 13.5 kN。在此荷载 270 kN 下,受力最大的螺栓承载比达 99.9 %,节点达到最大承载力。该剪力位置对翅板钢材承载力同样起控制作用;在荷载 305 kN 时,应变达到 5%。
螺栓处的剪力荷载位置对焊缝设计起控制作用。翅板的承载力小于焊缝,在施加剪力荷载 335 kN 时发生破坏。翅板的塑性应变如下图变形图所示。

对于承受极大剪力的节点,应仔细选择剪力荷载的施加位置,因为各构件还会因剪力对力臂产生显著的弯矩。
对比
腹板侧板节点的抗剪承载力在手算和 IDEA StatiCa 中均由螺栓抗剪承载力控制,均为 270 kN。手算与软件计算结果的承载力和破坏模式完全一致。