CN102345326B - 一种波浪腹板门式刚架牛腿连接节点 - Google Patents

一种波浪腹板门式刚架牛腿连接节点 Download PDF

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Abstract

一种波浪腹板门式刚架牛腿连接节点，由波浪腹板柱构件、牛腿、水平加劲肋及竖向盖板组成。波浪腹板柱构件由两块平翼缘板与一块波浪腹板通过高频连续焊接而成，构件通长布置，无需截断处理。四块水平加劲肋设置在波浪腹板柱构件内且与牛腿上下翼缘齐平位置，周边与柱翼缘及腹板焊接连接；长度与波浪腹板高度相同，宽度按照波幅实际尺寸下料，外侧与柱翼缘板外侧平齐。两块竖向盖板尺寸相同，置于水平加劲肋与波浪腹板柱构件围成的区域，与波浪腹板紧贴；盖板四周与柱翼缘板及水平加劲肋焊接连接，盖板角部处不施焊且不切角。该新型牛腿连接节点，通过在牛腿处钢柱范围内增补竖向盖板，不仅使制造工艺更为简单，而且节点承载力也大大提高。

Description

一种波浪腹板门式刚架牛腿连接节点
技术领域
本发明涉及一种新型波浪腹板门式刚架牛腿连接节点，属于结构工程技术领域。
背景技术
波浪腹板工形构件是一种新型高效型材，其发源于欧洲，近年来在德国、奥地利、美国、瑞典、澳大利亚等国家的门式刚架轻型房屋钢结构中有广泛应用。此类构件由波折形的腹板与平翼缘通过高频连续焊接组成。按腹板波折形式和翼缘截面形状的不同，可分为多种形式：腹板分为正弦波形腹板、梯形波形腹板、三角形波形腹板等，翼缘分为平翼缘和箱形翼缘等。波浪腹板工形构件为平翼缘且腹板为正弦波形的工形构件。
波浪腹板构件在轻型钢结构中具有广泛的应用前景，主要从以下方面考虑：(1)由于波浪腹板具有较大的面外刚度，即使腹板高宽比突破《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102中规定腹板高厚比限制
Figure GSB00001039373800011
也能具有足够强的运输与吊装刚度；(2)波浪腹板工形构件抗剪受力性能优越，研究表明：波浪腹板抗剪屈曲荷载与同厚度的平腹板构件相比可以超出几倍到几十倍，但腹板截面在法向应力作用下会退出工作。作为梁构件，由于采用较薄的波浪腹板可以大大提高腹板的高度，其本身抗剪屈曲荷载也大大提高，尽管采用波浪腹板牺牲了其本身承受弯矩的能力，但薄而高的腹板大大提高了构件的整体抗弯刚度。作为压弯构件，由于波浪腹板也承受剪应力，其受力机理与梁是类似的。对于轴心受压构件，波浪腹板失去了承担轴向应力的能力，但采用薄而高的波浪腹板，不仅节约腹板的用材，而且大大提高了截面的抗弯刚度，进而提高了构件的整体承载力；(3)采用波浪腹板工形构件设计的门式刚架比普通平腹板门式刚架降低20％的用钢量，具有良好的经济效益。此外，波浪腹板工形构件规避了传统的平腹板焊接工形构件为采用较薄的腹板而需要设置大量横向加劲肋的问题。
在平腹板门式刚架中，牛腿连接节点做法是将牛腿直接与柱一侧翼缘连接，在柱与牛腿焊接位置内侧设置上下共四块水平加劲肋，加劲肋与柱翼缘及腹板采用角焊缝围焊连接，当柱腹板抗剪能力不够时，常需设置斜向加劲肋以传递剪力。传统平腹板牛腿连接节点构造简单，传力路径也十分明确，得到广泛采用。采用波浪腹板柱构件来替代以往使用的平腹板柱构件，则牛腿位置节点设计与之前常规牛腿节点存在较大差异。当波浪腹板在牛腿位置不断开处理且按照平腹板柱那样设计加劲肋时，波浪腹板不足以承受牛腿节点域中的复杂受力，致使节点承载力下降乃至破坏。倘若将波浪腹板在牛腿位置断开处理，同时采用平腹板来代替波浪腹板承受牛腿节点域中剪力则使得构件加工十分困难，大大延长构件加工周期及生产成本。为克服上述问题，本发明专利提出了一种新型波浪腹板门式刚架牛腿连接节点形式。
发明内容
本发明专利提出的牛腿连接节点由波浪腹板柱构件、牛腿、水平加劲肋及竖向盖板组成。波浪腹板柱构件由两块平翼缘板与一块波浪腹板通过高频连续焊接而成，构件通长布置，无需截断处理。牛腿为工形截面梁，由三块平钢板焊接而成，在吊车梁位置设置竖向加劲肋，牛腿与柱翼缘焊接连接。四块水平加劲肋设置在波浪腹板柱构件内且与牛腿上下翼缘齐平位置，两侧与柱翼缘板焊接连接，一侧与柱腹板焊接连接；水平加劲肋长度与波浪腹板高度相同，宽度按照波幅实际尺寸下料，水平加劲肋外侧与柱翼缘板外侧平齐。两块竖向盖板尺寸相同，置于水平加劲肋与波浪腹板柱构件围成的区域，竖向盖板两侧分别与波浪腹板紧贴；竖向盖板左右与柱翼缘板焊接连接，上下与水平加劲肋焊接连接，在盖板角部位置不施焊且不切角。
本发明提出的一种波浪腹板门式刚架牛腿连接节点，其特征在于，由以下部件组成：波浪腹板柱构件、牛腿、水平加劲肋及竖向盖板；所述波浪腹板柱构件由两块平翼缘板与一块波浪腹板通过高频连续焊接组成的波浪腹板柱，构件通长布置，无需截断处理；所述牛腿为变截面或等截面的工形梁，由三块平钢板焊接而成，在吊车梁位置设置竖向加劲肋；牛腿与柱翼缘焊接连接；所述水平加劲肋共四块，分别置于波浪腹板柱构件内且与牛腿上下翼缘齐平位置，水平加劲肋两侧与柱翼缘板焊接连接，另一侧与柱腹板焊接连接；水平加劲肋长度与波浪腹板高度相同，水平加劲肋宽度按照波幅实际尺寸下料，水平加劲肋外侧与柱翼缘板外侧平齐；所述竖向盖板共两块，其尺寸相同，竖向盖板水平向尺寸与波浪腹板高度相同，竖向尺寸与上下两块水平加劲肋间距相同；竖向盖板置于水平加劲肋与波浪腹板柱构件围成的区域内，与波浪腹板紧贴布置；竖向盖板左右与柱翼缘板焊接连接，上下与水平加劲肋焊接连接，在盖板角部位置不施焊且不切角。
本发明的优点主要表现在以下几个方面：
1、波浪腹板柱构件通长布置，无需截断处理，制造工艺简单，成本低、效率高；
2、牛腿连接节点在工厂加工制作，质量及精度容易控制；
3、牛腿处钢柱范围内采用两侧加竖向盖板的做法实现牛腿连接节点，不仅板件构造简单，节点传力路径明确、可靠，而且节点承载力大大提高；
4、补充了现有波浪腹板连接节点形式，使波浪腹板节点设计有更大选择范围，推动波浪腹板构件在国内的使用。
附图说明
图1为一种新型波浪腹板门式刚架牛腿连接节点三维分解图；
图2为一种新型波浪腹板门式刚架牛腿连接节点三维图；
图3为一种新型波浪腹板门式刚架牛腿连接节点正视图；
图4为一种新型波浪腹板门式刚架牛腿连接节点1-1剖面图；
图5为一种新型波浪腹板门式刚架牛腿连接节点2-2剖面图；
具体实施方式
下面结合附图1～4，详细说明本发明的实施方式。
1——波浪腹板柱构件；
2——牛腿；
3——水平加劲肋；
4——竖向盖板；
5——牛腿竖向加劲肋；
6——波浪腹板柱构件翼缘板；
7——波浪腹板柱构件波浪腹板；
8——牛腿翼缘板；
9——牛腿腹板；
如图2、3、4所示，波浪腹板柱构件1由两块平翼缘板6与一块波浪腹板7通过高频连续焊接组成，构件通长布置，无需截断处理；
如图1、2所示，牛腿2为变截面或等截面的工形梁，由三块平钢板8、9焊接而成，在吊车梁位置设置竖向加劲肋5；牛腿2与柱翼缘6焊接连接；
如图1、2、3、4所示，水平加劲肋3共四块，分别置于波浪腹板柱构件1内且与牛腿上下翼缘6齐平位置，水平加劲肋3两侧与柱翼缘板6焊接连接，另一侧与柱腹板7焊接连接；水平加劲肋3长度与波浪腹板7高度相同，宽度按照波幅实际尺寸下料，水平加劲肋3外侧与柱翼缘板6外侧平齐；
如图1、4所示，竖向盖板4共两块，其尺寸相同。竖向盖板4水平向尺寸与波浪腹板7高度相同，竖向尺寸与两块水平加劲肋3间距相同；竖向盖板4置于水平加劲肋3与波浪腹板柱构件1围成的区域内，与波浪腹板7紧贴布置；竖向盖板4左右与柱翼缘板6焊接连接，上下与水平加劲肋3焊接连接，在盖板角部位置不施焊且不切角；
对这种新型波浪腹板门式刚架牛腿连接节点的设计包括以下两个方面：
1、水平加劲肋厚度要求：水平加劲肋需有足够厚度，保证牛腿水平力在波浪腹板柱构件中的有效传递，同时水平加劲肋设置可增强节点域刚度，防止板件发生局部失稳破坏。水平加劲肋厚度可取与牛腿翼缘板相同；
2、竖向盖板厚度要求：竖向盖板厚度主要考虑节点域抗剪及板件自身稳定性而定，竖向盖板须有足够强度和厚度以保证牛腿连接节点在吊车荷载组合工况作用下不发生破坏。板件厚度可由下式获得：
t c > M d b d c f v
其中，db为水平加劲肋竖向间距，dc为波浪腹板柱构件腹板高度，fv为盖板抗剪强度设计值，M为节点设计弯矩值，tc为竖向盖板厚度。

Claims (1)

1.一种波浪腹板门式刚架牛腿连接节点，其特征在于，由以下部件组成：波浪腹板柱构件、牛腿、水平加劲肋及竖向盖板；所述波浪腹板柱构件由两块平翼缘板与一块波浪腹板通过高频连续焊接组成的波浪腹板柱，构件通长布置，无需截断处理；所述牛腿为变截面或等截面的工形梁，由三块平钢板焊接而成，在吊车梁位置设置竖向加劲肋；牛腿与柱翼缘焊接连接；所述水平加劲肋共四块，分别置于波浪腹板柱构件内且与牛腿上下翼缘齐平位置，水平加劲肋两侧与柱翼缘板焊接连接，另一侧与柱腹板焊接连接；水平加劲肋长度与波浪腹板高度相同，水平加劲肋宽度按照波幅实际尺寸下料，水平加劲肋外侧与柱翼缘板外侧平齐；所述竖向盖板共两块，其尺寸相同，竖向盖板水平向尺寸与波浪腹板高度相同，竖向尺寸与上下两块水平加劲肋间距相同；竖向盖板置于水平加劲肋与波浪腹板柱构件围成的区域内，与波浪腹板紧贴布置；竖向盖板左右与柱翼缘板焊接连接，上下与水平加劲肋焊接连接，在盖板角部位置不施焊且不切角。
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