CN102906352B - 使用三维夹克式套板和拉杆的螺栓连接的钢节点 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种三维夹克式套板连接器，包括第一三维夹克式套板、以及和所述第一三维夹克式套板成镜像的第二三维夹克式套板，被连接的每个构件都是宽缘工字钢型钢。本发明以简单一致的方式利用三维连接板，并适用于连接具有宽缘工字钢型钢所有可能的节点类型；利用贯穿总深度的螺纹杆，及其与常规的腹板加劲肋的耦合关系，以传递剪力和弯矩通过节点。这种类型的剪切传递机制类似于钢筋混凝土梁和柱中的箍筋。所有组件和部件可以在车间预制，并在现场方便地用螺栓固定在一起。该节点的优点包括具有更高的强度和延塑性、既结实又简单的连接、组件质量高且体积小，便于储存和运输。简言之，它消除了传统的螺栓连接和/或焊缝连接的所有固有缺点和问题。

Description

使用三维夹克式套板和拉杆的螺栓连接的钢节点
技术领域
发明了一种全新的结构钢节点类型。这是夹克式套板连接系统，其使用三维接点板和拉杆来实现特别优越的结构性能，所述结构性能优于任何传统的螺栓连接或焊缝接的节点，传统节点都使用二维（即平面的）角撑板和/或侧面板。该新型节点的优点包括具有更高的强度和延塑性、既结实又简单的连接、组件质量高且体积小，便于储存和运输。此外，它们消除了传统的螺栓连接和/或焊缝连接所有固有全部缺点和问题。本发明是一种通用连接系统，可适用于由宽翼缘工字钢型材组成的任何钢框架和桁架。它基本重新定义了结构钢连接节点的概念，并具有改革目前的钢结构工程市场的潜力，将有显着的经济和社会影响。
发明内容
本发明公开一种三维夹克式套板连接器，其所连接的每个构件都是宽缘工字钢型钢，所述套板连接器包括：第一三维夹克式套板；以及第二三维夹克式套板，其为所述第一三维夹克式套板的镜像，所述两个三维夹克式套板是用螺栓连接至所述工字钢构件节点的正反俩侧面，其中三维夹克式套板包括：平面侧板，其被切割成节点的侧面投影形状；成双成对夹紧板，其被焊接在侧板的周边，并有预先钻好的螺栓孔。该连接系统具有三个非常独特的特征：（1）本发明首次系统地将三维连接板引入行业，并以简单一致的方式解决了所有可能的节点类型。（2）本发明利用贯穿总深度的螺纹杆，及其与常规的腹板加劲肋的耦合关系，以传递剪力和弯矩通过节点。这种类型的剪切传递机制类似于钢筋混凝土梁和柱中的的箍筋。虽然被广泛用于钢筋混凝土结构中多年，但这还是该机制第一次被应用于钢框架和桁架之中；(3)所有组件和部件可以在车间预制，并在现场方便地用螺栓固定在一起。应用本发明，在没有现场焊接的情况下所有钢框架的拼装都成为切实可行，包括以下常规的高性能抗震钢框架：特种抗弯矩框架（SMRF）、偏心支撑框架（EBF）和特种同心支撑框架（SCBF）。（请注意，目前市场上还没有全部用螺栓连接的SMRF、EBF和SCBR，其原因是由于传统的螺栓连接节点无法以切合实际的成本达到所需的强度和延塑性。换言之，这些节点都是全部或部分地使用了焊接连接。）
附图说明：
图1：建筑结构中常规的钢框架
（a）特种抗弯矩框架（SMF）；
（b）偏心支撑框架（EBF）；
（c）特种同心斜撑框架（SCBF）倒V型；
（d）SCBF–常规类型；
（e）SCBF-X型。
图2：用于桥和基础设施的常规钢桁架
（a）空腹桁架；
（b）典型的钢桥桁架；
（c）钢桁架-N形腹杆；
（d）钢桁架-V形腹杆。
图3：顶层的抗弯矩节点–拐角的状况
（a）装配示意图；
（b）组件示意图。
图4：中间层的弯矩节点-侧边的状况
（a）装配示意图；
（b）组件示意图。
图5：顶层的抗弯矩节点–中间支柱的状况
（a）装配示意图；
（b）组件示意图。
图6：中间层的弯矩节点-中间支柱的状况
（a）装配示意图；
（b）组件示意图。
图7：偏心支撑框架-支撑和连接梁的详图
（a）装配顶视图；
（b）组件顶视图；
（c）装配完成后底视图；
（d）组件底视图。
图8：特种同心支撑框架（SCBF）-倒V型的详图
（a）装配顶视图；
（b）组件顶视图；
（c）装配底视图；
（d）组件底视图。
图9：EBF和倒V型SCBF-典型的支撑和梁至柱连接的节点详图
（a）装配顶视图；
（b）组件顶视图；
（c）装配底视图；
（d）组件底视图。
图10：EBF和倒V型的SCBF–支撑和柱在基础处连接的节点详图
（a）装配顶视图；
（b）组件顶视图；
（c）装配底视图；
（d）组件底视图。
图11：SCBF–标准层的支撑和梁至柱连接的节点详图
（a）装配顶视图；
（b）组件顶视图；
（c）装配底视图；
（d）组件底视图。
图12：SCBF-顶层的支撑和梁至柱连接的节点详图
（a）装配顶视图；
（b）移除了前夹克式套板的暴露顶视图；
（c）组件顶视图；
（d）装配底视图；
（e）移除了前夹克式套板的暴露底视图；
（f）组件底视图。
图13：SCBF-支撑和梁交叉连接的典型节点详图
（a）装配顶视图；
（b）组件顶视图。
图14：SCBF–支撑交叉连接的典型节点详图-无横梁的状况
（a）装配示意图；
（b）移除了前套板的暴露示意图；
（c）组件示意图。
图15：空腹桁架-典型的连接状况
（a）装配示意图；
（b）移除了前套板的暴露示意图；
（c）组件示意图。
图16：典型的钢桥桁架段
（a）装配示意图；
（b）移除了前套板的暴露示意图。
具体实施方式
本发明公开一种三维夹克式套板连接器，其所连接的每个构件都是宽缘工字钢型钢，所述套板连接器包括：
第一三维夹克式套板；以及
第二三维夹克式套板，其为所述第一三维夹克式套板的镜像，所述两个三维夹克式套板是用螺栓连接至所述工字钢构件节点的正反俩侧面，将一个或者多个次工字钢连接至一根连续贯穿节点的主工字钢，其中三维夹克式套板包括：
平面侧板，其被切割成节点的侧面投影形状；
成双成对夹紧板，其被焊接在侧板的周边，并有预先钻好的螺栓孔；
其中平面侧板和被焊接在侧板的周边的成双成对夹紧板共同形成一个内部空心的三维夹克式套板，用以容纳从各个方向安装的工字钢。
其中所述侧板形成以下形状中的一个或它们的组合：T形状、V形状、y形状、L形状、K形状、旋转的背靠背的双K形状、旋转的T形状、倾斜的Ⅴ形状、旋转的y形状、旋转的K形状、X形状、旋转的X形状、全部或部分星号形状。
其中所述夹紧板的每对翼缘沿横截面高度方向夹持其对应工字钢的上、下俩翼缘。
其中所述三维夹克式套板包括：
所述夹紧板具有多个螺栓孔，其允许用螺栓将夹紧板连接至所述宽缘工字钢的翼缘之上，使得所述工字钢的翼缘的每个外部宽表面被所述夹紧板中的一个夹紧板覆盖，且所述工字钢的翼缘的每个窄表面被所述侧板的周边部分覆盖。
其中螺栓将所述第一三维夹克式套板和第二三维夹克式套板的所述夹紧板连接至其对应的宽缘工字钢的翼缘之上。
还包括：
拉杆，处于平行于所述侧板的平面内，并在各端头具有螺帽，且为贯穿工字钢俩翼缘之间总深度的螺纹杆；腹板加劲肋，其被焊接于工字钢构件的翼缘之间，以抵消由所述螺纹张力杆引起的压力。
其中所述夹紧板上的螺栓孔匹配所述工字钢构件的翼缘上的螺栓孔。
本发明还公开一种建筑框架，其全部或部分使用所述的三维夹克式套板连接器连接在一起，包括但并不限于以下：
（a）普通抗弯矩框架（OMF）和特种抗弯矩框架（SMF）；
（b）偏心支撑框架（EBF）；
（c）普通同心支撑框架（OCBF）及特种同心支撑框架（SCBF），包括但并不限于，倒V型、X型、任何典型的类型；
（d）其它钢框架，其是上面列出的那些类型的变化和/或组合。
本发明还公开一种钢桁架，其全部或部分使用所述的三维夹克式套板连接器连接在一起，包括但不限于以下：
（a）空腹桁架；
（b）常规的钢桥桁架；
（c）钢桁架-N形腹杆；
（d）其它钢桁架，其是上面列出的那些类型的变化和/或组合。

Claims (9)

1.一种三维夹克式套板连接器，其特征在于，其所连接的每个构件都是宽缘工字钢型钢，所述套板连接器包括：
第一三维夹克式套板；以及
第二三维夹克式套板，其为所述第一三维夹克式套板的镜像，所述两个三维夹克式套板是用螺栓连接至所述工字钢构件节点的正反俩侧面，将一个或者多个次工字钢连接至一根连续贯穿节点的主工字钢，其中三维夹克式套板包括：
平面侧板，其被切割成节点的侧面投影形状；
成双成对夹紧板，其被焊接在侧板的周边，并有预先钻好的螺栓孔；
其中平面侧板和被焊接在侧板的周边的成双成对夹紧板共同形成一个内部空心的三维夹克式套板，用以容纳从各个方向安装的工字钢；
其中螺栓将所述第一三维夹克式套板和第二三维夹克式套板的所述夹紧板连接至其对应的宽缘工字钢的翼缘之上。
2.根据权利要求1所述的三维夹克式套板连接器，其中夹紧板垂直于所述侧板。
3.根据权利要求1所述的三维夹克式套板连接器，其中所述侧板形成以下形状中的一个或它们的组合：T形状、V形状、y形状、L形状、K形状、旋转的背靠背的双K形状、旋转的T形状、倾斜的Ⅴ形状、旋转的y形状、旋转的K形状、X形状、旋转的X形状、全部或部分星号形状。
4.根据权利要求1所述的三维夹克式套板连接器，其中所述夹紧板的每对翼缘沿横截面高度方向夹持其对应工字钢的上、下俩翼缘。
5.根据权利要求1所述的三维夹克式套板连接器，其中所述三维夹克式套板包括：
所述夹紧板具有多个螺栓孔，其允许用螺栓将夹紧板连接至所述宽缘工字钢的翼缘之上，使得所述工字钢的翼缘的每个外部宽表面被所述夹紧板中的一个夹紧板覆盖，且所述工字钢的翼缘的每个窄表面被所述侧板的周边部分覆盖。
6.根据权利要求1所述的三维夹克式套板连接器，还包括：
拉杆，处于平行于所述侧板的平面内，并在各端头具有螺帽，且为贯穿工字钢俩翼缘之间总深度的螺纹张力杆；腹板加劲肋，其被焊接于工字钢构件的翼缘之间，以抵消由所述螺纹张力杆引起的压力。
7.根据权利要求1所述的三维夹克式套板连接器，其中所述夹紧板上的螺栓孔匹配所述工字钢构件的翼缘上的螺栓孔。
8.建筑框架，其全部或部分使用如权利要求1所述的三维夹克式套板连接器连接在一起，包括但并不限于以下：
（a）普通抗弯矩框架（OMF）和特种抗弯矩框架（SMF）；
（b）偏心支撑框架（EBF）；
（c）普通同心支撑框架（OCBF）及特种同心支撑框架（SCBF），包括但并不限于，倒V型、X型、任何典型的类型；
（d）其它钢框架，其是上面列出的那些类型的变化和/或组合。
9.钢桁架，其全部或部分使用如权利要求1所述的三维夹克式套板连接器连接在一起，包括但不限于以下：
（a）空腹桁架；
（b）常规的钢桥桁架；
（c）钢桁架-N形腹杆；
（d）其它钢桁架，其是上面列出的那些类型的变化和/或组合。
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