腹板侧板节点

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。