CN103046650B - 一种用于连接建筑钢柱与钢管桁架的大抗推力销轴结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于连接建筑钢柱与钢管桁架的大抗推力销轴结构，包括销轴、桁架节点和销轴连接座，所述的桁架节点一体铸造成型，桁架节点与建筑钢管桁架相焊接，销轴连接座用于与建筑钢柱固定连接，所述桁架节点和销轴连接座具有相互对合的耳板对接的结构，并且桁架节点和销轴连接座均具有供销轴穿插的销孔，所述销轴连接座与桁架节点对合后插入销轴，将销轴连接座与桁架节点铰接成一体，以提高销轴结构的整体性和抗推力刚度，建筑钢管桁架通过该销轴结构实现与建筑钢柱之间的摆动连接。该销轴结构不但能够满足建筑钢管桁架与建筑钢柱之间的摆动连接，而且具有很大的抗推力刚度和很好的整体性，造型美观，连接传力更加稳定、可靠。

Description

一种用于连接建筑钢柱与钢管桁架的大抗推力销轴结构

技术领域

本发明涉及一种建筑行业中的连接机构，具体是指一种用于连接建筑钢柱与钢管桁架的大抗推力销轴结构，用于钢柱与钢管桁架节点之间的摆动连接。

背景技术

目前，建筑结构领域通常在钢柱与钢管桁架节点之间通常采用销轴连接作为摆动连接，销轴连接是通过耳板和圆柱面销轴进行传力的连接部件，其特点是能绕销轴自由转动，消除钢管桁架与钢柱之间由于固定连接而造成应力集中的不良影响。

在建筑结构上使用的常规销轴连接结构如图1、图2所示，该销轴连接结构包括锻钢棒103、上耳板104、下耳板105和销轴106，其中，锻钢棒103与建筑钢管桁架102焊接成一体，上耳板104轴向焊接在锻钢棒103上，上耳板104开有耳孔，下耳板105焊接在钢柱101上，下耳板105也开耳孔，销轴106穿入上下耳板，从而将上下耳板连接在一起。该销轴连接中的上、下耳板均采用钢板，由于受钢胚大小和钢板轧制设备轧制能力的限制，钢厂生产的最大钢板厚度只有150mm左右，钢结构常用钢板厚度规格为30mm左右，由于40mm以上的厚钢板在焊接时容易产生层状撕裂缺陷，即钢板过厚时，大量的焊接容易产生过大的残余应力和焊接变形，影响结构受力和使用。因此，耳板的厚度受钢板规格及焊接构造的限制不能太厚，一般厚度范围为12~40mm，导致耳板侧向刚度较差，尽管可以采用加劲肋对外侧耳板进行加强，但无法对内侧耳板设置加劲肋，效果并不理想。

建筑行业一般认为，当轴向抗推承载力/销轴径向承载力≤15%，工程上称之为轴向推力较小；当轴向抗推承载力/销轴径向承载力>15%，工程上称之为大抗推力。销轴连接中的轴向推力产生的原因是：高大钢结构在较大的风和地震侧向作用下，超长钢结构在温度作用下，或倾斜结构在重力作用下，均在支座处产生较大的轴向推力，因此销轴连接需要具备一定的抗轴向推力能力。现有技术中常规销轴连接采用焊接耳板技术，由于耳板厚度较薄，又难以沿轴向加强的原因，导致销轴连接的轴向抗推承载力较小，只能适用于没有沿销轴轴向的轴向推力、或轴向推力较小的连接，整体性较差，不能用于轴向推力较大的连接，因而其使用受限并且具有一定的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于连接建筑钢柱与钢管桁架的大抗推力销轴结构，该销轴结构不但能够满足建筑钢管桁架与建筑钢柱之间的摆动连接，而且具有很大的抗推力刚度和很好的整体性，连接传力更加稳定、可靠。

本发明的这一目的通过如下的技术方案来实现的：一种用于连接建筑钢柱与钢管桁架的大抗推力销轴结构，包括销轴，其特征在于：所述销轴结构还包括桁架节点和销轴连接座，所述的桁架节点一体铸造成型，桁架节点与建筑钢管桁架相焊接，销轴连接座用于与建筑钢柱固定连接，所述桁架节点和销轴连接座具有相互对合的耳板对接的结构，并且桁架节点和销轴连接座均具有供销轴穿插的销孔，所述销轴连接座与桁架节点对合后插入销轴，将销轴连接座与桁架节点铰接成一体，以提高销轴结构的整体性和抗推力刚度，建筑钢管桁架通过该销轴结构实现与建筑钢柱之间的摆动连接。

本发明的大抗推力销轴结构，桁架节点与销轴连接座通过销轴相铰接，建筑钢管桁架通过该销轴结构实现与建筑钢柱之间的摆动铰接，保持了销轴结构的基本链接功能，销轴结构与建筑钢柱之间的摆动铰接能够消除钢管桁架与钢柱之间固定连接造成应力集中的不良影响。同时，本发明的销轴结构中，桁架节点一体铸造后再与建筑钢管桁架相焊接，避免了钢管桁架多管连接、节点复杂造成焊接上的困难，使得连接结构的整体性能得以提高。

本发明中，所述的桁架节点包括一体铸造成型的主桁架连接头、次桁架连接头、副桁架连接头、下横销管以及跨接次桁架连接头和下横销管的竖向设置的垂直耳板，次桁架连接头与下横销管横向平行设置，所述主桁架连接头、次桁架连接头、副桁架连接头分别与对应的建筑钢管桁架相焊接，所述下横销管为左右两端连续、中部断开的断管，所述垂直耳板的下耳部位于断管的中部区域，垂直耳板的下耳部设有供销轴穿过的耳孔，该耳孔与下横销管的管孔相对中；所述销轴连接座包括一体铸造成型的铰接耳板、盖板以及倾斜向下设置的连接段，所述铰接耳板竖直向上设置，铰接耳板也设有供销轴穿过的耳孔，所述销轴连接座的铰接耳板与桁架节点的垂直耳板为桁架节点和销轴连接座相互对合的结构，下横销管的管孔、垂直耳板的耳孔以及铰接耳板的耳孔构成供销轴穿插的销孔，所述销轴连接座的铰接耳板与桁架节点的垂直耳板对合后，垂直耳板的耳孔与铰接耳板的耳孔相对中，然后将销轴插入销孔中，所述连接段的下端与建筑钢柱固定连接。

本发明中的桁架节点和销轴连接座均采用一体铸造成型，省去了部件之间采用诸如焊接等方式的连接，避免安装、架构中出现的缺陷，同时大大提高桁架节点和销轴连接座部件的整体刚度和强度，提高部件的可靠性。

本发明中，所述桁架节点为一体铸造成型的铸钢件，所述销轴连接座也为一体铸造成型的铸钢件。

本发明的大抗推力销轴结构中，桁架节点与销轴连接座均采用一体铸造成型的铸钢件，具有较大的刚度和强度，并且结构的整体性好。本发明采用高韧性高强度可焊铸钢新技术，强度可达到355MPa以上。

本发明中，所述销轴连接座的铰接耳板为至少一块的N块，N≥1，所述桁架节点的垂直耳板比铰接耳板多一块，为N+1块，所述销轴连接座的铰接耳板与桁架节点的垂直耳板相互插装对合。

在优选的实施例中，所述销轴连接座的铰接耳板为三块，三块铰接耳板等间距均匀设置，每一块铰接耳板的厚度为80mm，所述桁架节点的垂直耳板为四块，四块垂直耳板也等间距均匀设置。

建筑钢管桁架在使用过程中，会受到诸如侧向风力、温度应力等影响，尤其是温度应力影响使其产生轴向推力，通过铰接的销轴结构能够降低或消除轴向推力，本发明的桁架节点与销轴连接座采用耳板结构，销轴连接座的铰接耳板采用厚达80mm的铸钢耳板，整体性好，能够抵抗较大的轴向推力，保证销轴结构的大抗推力。厚达80mm的铸钢耳板的具体抗推力依具体设计而定，通常轴向抗推承载力/销轴径向承载力可达>15%，甚至100%以上。

为增强桁架节点的整体刚度和稳定性，本发明可以做如下改进：所述的桁架节点还包括跨接次桁架连接头和下横销管的倾斜向下设置的两件端部斜耳板，该两件端部斜耳板对称设置在垂直耳板的左、右两侧，呈倒立的八字，两件端部斜耳板向下倾斜的角度相同、方向相反。

本发明中，所述销轴连接座倾斜向下设置的连接段的中心线与水平面之间具有的倾斜夹角α数值没有限制，α数值由结构设计需要而定，优选值在60°～90°范围之间。

为增强桁架节点的侧向刚度，本发明可以做如下改进：所述的桁架节点还包括至少一块一体铸造成型的纵向板，该纵向板的两端分别与端部斜耳板铸造连接，纵向板的中部和垂直耳板铸造连接，以增强桁架节点的侧向刚度。

本发明中，所述销轴连接座的盖板为开口向上的弧形板，当销轴连接座的铰接耳板与桁架节点的垂直耳板对合后，盖板的内表面与下横销管的外管面相贴合。

本发明中，所述连接段的下端与建筑钢柱采用全熔透坡口等强拼焊缝相焊接，保证良好的焊接质量。

与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

（1）本发明的大抗推力销轴结构中，桁架节点与建筑钢管桁架铸造成一体，避免了钢管桁架多管连接、节点复杂造成焊接上的困难，使得连接结构的整体性能得以提高，承载力高、整体性好。

（2）本发明的桁架节点与销轴连接座采用厚达80mm的铸钢耳板结构，铸钢强度高，整体性好，抗推刚度大，能够抵抗较大的轴向推力，保证销轴结构的大抗推力。

（3）本发明中的桁架节点和销轴连接座均采用一体铸造成型的铸钢件，省去了部件之间采用诸如焊接等方式的连接，避免安装、架构中出现的缺陷，同时大大提高桁架节点和销轴连接座部件的整体刚度和强度。发明采用高韧性高强度可焊的铸钢，强度可达到355MPa以上。

（4）本发明的大抗推力销轴结构造型美观，适合于复杂节点形状。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是现有技术销轴连接的整体侧视图；

图2是图1的正视图；

图3是本发明大抗推力销轴结构的整体结构俯视图；

图4是图3的A—A剖视图；

图5是本发明大抗推力销轴结构的轴测视图；

图6是本发明大抗推力销轴结构的分解结构示意图；

图7是本发明大抗推力销轴结构中桁架节点的整体结构示意图；

图8是图7的B-B剖视图；

图9是本发明大抗推力销轴结构的使用状态参考图。

101、钢柱；  102、钢管桁架；  103、锻钢棒；  104、上耳板；

105、下耳板；  106、销轴；

1、连接段；  2、盖板；  3、铰接耳板；  4、下横销管；  5、端部斜耳板；

6、垂直耳板；  7、次桁架连接头；  8、销轴；  9、纵向板；

10、防脱安全帽；  11、主桁架连接头；  12、副桁架连接头；  13、肋板

具体实施方式

如图3至图9所示的一种用于连接建筑钢柱与钢管桁架的大抗推力销轴结构，包括桁架节点、销轴连接座、销轴8和防脱安全帽10，其中，桁架节点一体铸造成型，桁架节点用于与建筑钢管桁架102相连，具体连接方式为桁架节点与建筑钢管桁架102相焊接，销轴连接座用于与建筑钢柱固定连接，桁架节点为一体铸造成型的铸钢件，销轴连接座也为一体铸造成型的铸钢件，均为现有的高韧性高强度可焊铸钢，桁架节点和销轴连接座的内部均具有空腔，既要保证铸造的质量，又可以降低节省材料和降低自重，桁架节点和销轴连接座具有相互对合的结构，并且桁架节点和销轴连接座均具有供销轴8穿插的销孔，销轴连接座与桁架节点对合后插入销轴8然后拧上防脱安全帽10，将销轴连接座与桁架节点铰接成一体，以提高销轴结构的整体性和抗推力刚度，建筑钢管桁架102通过该销轴结构实现与建筑钢柱之间的摆动连接。

本实施例中，所述的桁架节点包括一体铸造成型的主桁架连接头11、次桁架连接头7、副桁架连接头12、下横销管4以及跨接次桁架连接头7和下横销管4的竖向设置的垂直耳板6，次桁架连接头7与下横销管4横向平行设置，主桁架连接头11、次桁架连接头7、副桁架连接头12分别与对应的建筑钢管桁架相焊接，即主桁架连接头11与建筑钢管桁架的主桁架相焊接，次桁架连接头7与建筑钢管桁架的次桁架相焊接，副桁架连接头12与建筑钢管桁架的副桁架相焊接，下横销管4为左右两端连续、中部断开的断管，垂直耳板6的下耳部位于断管的中部区域，垂直耳板6的下耳部设有供销轴8穿过的耳孔，该耳孔与下横销管4的管孔相对中；所述的销轴连接座包括一体铸造成型的铰接耳板3、盖板2以及倾斜向下设置的连接段1，销轴连接座倾斜向下设置的连接段1的中心线与水平面之间具有60°的倾斜夹角α，铰接耳板3竖直向上设置，铰接耳板3也设有供销轴8穿过的耳孔，销轴连接座的铰接耳板3与桁架节点的垂直耳板6为桁架节点和销轴连接座相互对合的结构，下横销管4的管孔、垂直耳板6的耳孔以及铰接耳板3的耳孔构成供销轴8穿插的销孔，销轴连接座的铰接耳板3与桁架节点的垂直耳板6对合后，垂直耳板6的耳孔与铰接耳板3的耳孔相对中，然后将销轴8插入销孔中，销轴连接座的盖板2为开口向上的弧形板，当销轴连接座的铰接耳板3与桁架节点的垂直耳板6对合后，盖板2的内表面与下横销管4的外管面相贴合，连接段1的下端与建筑钢柱采用全熔透坡口焊接的方式固定连接。

本实施例中，销轴连接座的铰接耳板3为三块，三块铰接耳板3等间距均匀设置，每一块铰接耳板3的厚度为80mm，桁架节点的垂直耳板6为四块，四块垂直耳板6也等间距均匀设置，销轴连接座的铰接耳板3与桁架节点的垂直耳板6相互插装对合。

为增强桁架节点的整体刚度和稳定性，桁架节点还包括跨接次桁架连接头7和下横销管4的倾斜向下设置的两件端部斜耳板5，该两件端部斜耳板5对称设置在垂直耳板6的左、右两侧，呈倒立的八字，两件端部斜耳板5向下倾斜的角度相同、方向相反，次桁架连接头7和下横销管4之间还设置有两块肋板13，使得桁架节点的整体性能更加稳定。

为增强桁架节点的侧向刚度，桁架节点还包括一块一体铸造成型的纵向板9，该纵向板9的两端分别与端部斜耳板5铸造连接，纵向板9的中部和垂直耳板6铸造连接，以增强桁架节点的侧向刚度。

本实施例可以做如下变换：所述销轴连接座的铰接耳板3为至少一块的N块，N≥1，所述桁架节点的垂直耳板6比铰接耳板3多一块，为N+1块，所述销轴连接座的铰接耳板3与桁架节点的垂直耳板6相互插装对合。

本实施例可以做如下变换：所述的桁架节点中的纵向板9为至少一块，多块纵向板9平行设置，每一块纵向板9的两端分别与端部斜耳板5铸造连接，纵向板9的中部和垂直耳板6铸造连接，以增强桁架节点的侧向刚度。

本实施例中，所述销轴连接座倾斜向下设置的连接段的中心线与水平面之间具有的倾斜夹角α数值没有限制，优选值在60°～90°范围之间，α数值由结构设计需要而定。

本发明的大抗推力销轴结构采用铸钢技术，连接的桁架节点与建筑钢管桁架铸造成一体，销轴连接座与建筑钢柱固定连接，以增强整体性，并且桁架节点和销轴连接座的内部均具有空腔。安装时销轴连接座与钢柱采用全熔透坡口等强拼接焊缝连接，吊装下部结构后再吊装上部结构，使两者的耳板相互插装对合，然后穿销轴，在销轴一端拧上防脱安全帽即可。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于连接建筑钢柱与钢管桁架的大抗推力销轴结构，包括销轴，其特征在于：所述销轴结构还包括桁架节点和销轴连接座，所述的桁架节点一体铸造成型，桁架节点与建筑钢管桁架相焊接，销轴连接座用于与建筑钢柱固定连接，所述桁架节点和销轴连接座具有相互对合的耳板对接的结构，并且桁架节点和销轴连接座均具有供销轴穿插的销孔，所述销轴连接座与桁架节点对合后插入销轴，将销轴连接座与桁架节点铰接成一体，以提高销轴结构的整体性和抗推力刚度，建筑钢管桁架通过该销轴结构实现与建筑钢柱之间的摆动连接；所述的桁架节点包括一体铸造成型的主桁架连接头、次桁架连接头、副桁架连接头、下横销管以及跨接次桁架连接头和下横销管的竖向设置的垂直耳板，次桁架连接头与下横销管横向平行设置，所述主桁架连接头、次桁架连接头、副桁架连接头分别与对应的建筑钢管桁架相焊接，所述下横销管为左右两端连续、中部断开的断管，所述垂直耳板的下耳部位于断管的中部区域，垂直耳板的下耳部设有供销轴穿过的耳孔，该耳孔与下横销管的管孔相对中；所述销轴连接座包括一体铸造成型的铰接耳板、盖板以及倾斜向下设置的连接段，所述铰接耳板竖直向上设置，铰接耳板也设有供销轴穿过的耳孔，所述销轴连接座的铰接耳板与桁架节点的垂直耳板为桁架节点和销轴连接座相互对合的结构，下横销管的管孔、垂直耳板的耳孔以及铰接耳板的耳孔构成供销轴穿插的销孔，所述销轴连接座的铰接耳板与桁架节点的垂直耳板对合后，垂直耳板的耳孔与铰接耳板的耳孔相对中，然后将销轴插入销孔中，所述连接段的下端与建筑钢柱固定连接。

2.根据权利要求1所述的用于连接建筑钢柱与钢管桁架的大抗推力销轴结构，其特征在于：所述桁架节点为一体铸造成型的铸钢件，所述销轴连接座也为一体铸造成型的铸钢件。

3.根据权利要求2所述的用于连接建筑钢柱与钢管桁架的大抗推力销轴结构，其特征在于：所述销轴连接座的铰接耳板为N块，N≥1，所述桁架节点的垂直耳板比铰接耳板多一块，为N+1块，所述销轴连接座的铰接耳板与桁架节点的垂直耳板相互插装对合。

4.根据权利要求3所述的用于连接建筑钢柱与钢管桁架的大抗推力销轴结构，其特征在于：所述销轴连接座的铰接耳板为三块，三块铰接耳板等间距均匀设置，每一块铰接耳板的厚度为80mm，所述桁架节点的垂直耳板为四块，四块垂直耳板也等间距均匀设置。

5.根据权利要求1所述的用于连接建筑钢柱与钢管桁架的大抗推力销轴结构，其特征在于：所述的桁架节点还包括跨接次桁架连接头和下横销管的倾斜向下设置的两件端部斜耳板，该两件端部斜耳板对称设置在垂直耳板的左、右两侧，呈倒立的八字，两件端部斜耳板向下倾斜的角度相同、方向相反。

6.根据权利要求1所述的用于连接建筑钢柱与钢管桁架的大抗推力销轴结构，其特征在于：所述销轴连接座倾斜向下设置的连接段的中心线与水平面之间具有倾斜夹角α，所述倾斜夹角α在60°～90°范围之间。

7.根据权利要求5所述的用于连接建筑钢柱与钢管桁架的大抗推力销轴结构，其特征在于：所述的桁架节点还包括至少一块一体铸造成型的纵向板，该纵向板的两端分别与端部斜耳板铸造连接，纵向板的中部和垂直耳板铸造连接，以增强桁架节点的侧向刚度。

8.根据权利要求7所述的用于连接建筑钢柱与钢管桁架的大抗推力销轴结构，其特征在于：所述销轴连接座的盖板为开口向上的弧形板，当销轴连接座的铰接耳板与桁架节点的垂直耳板对合后，盖板的内表面与下横销管的外管面相贴合。

9.根据权利要求8所述的用于连接建筑钢柱与钢管桁架的大抗推力销轴结构，其特征在于：所述连接段的下端与建筑钢柱采用全熔透坡口相焊接。