CN103806543B - 一种钢管节点 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种钢管节点，包括主管和支管，支管的轴线与主管的轴线相交，主管与支管均为钢管，其改进之处在于，主管与支管之间设有垫板。和现有技术比，本发明提供的钢管节点，结构布置更加合理，克服了传统相贯节点的缺点，改善了焊缝施焊条件，显著改善了节点的承载能力和受力状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢管节点，具体讲涉及一种输电线路钢管塔的钢管节点。
背景技术
圆钢管有着独特的优越性，被广泛地应用到空间桁架结构中，钢管的连接即节点设计是最关键的环节之一。以输电线路钢管塔为例，不同轴线的钢管构件之间的连接常采用相贯节点形式，即将腹杆直接焊接在弦杆的外表面，常用于主斜材连接、塔腿斜材与塔身横隔连接以及交叉斜材等部位的连接。
不同轴线的钢管构件之间的连接常采用相贯节点形式，即将腹杆直接焊接在弦杆的外表面。钢管相贯节点具有传力路径明确，受力性能好，构造简单，次要构件连接简便，外形美观等诸多优点。这种相贯节点全部由焊缝传递作用力，对焊缝要求极高，为了保证施焊条件，需要将焊根熔透，根据《钢结构设计规范》GB50017-2003规定，主管和支管、或两根支管之间的夹角不得小于30°，限制了这种结构的使用。
由于荷载从支管直接传递，受力集中，导致主管相贯部位的应力和变形较大，降低了节点主管的承载能力；为了解决这个问题，工程中不得不在支管与主管之间、支管与主管之间焊接纵向加劲肋，在主管上焊接环形加劲肋等措施以增加节点的刚度和强度，然而，这些加劲肋大大增了焊接工作量，大量焊缝又进一步引起残余应力，同时增大了迎风面积。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种钢管节点，结构布置更加合理，克服了传统相贯节点的缺点，改善了焊缝施焊条件，显著改善了节点的承载能力和受力状态。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供的一种钢管节点，包括主管和支管，所述支管的轴线与主管的轴线相交，所述主管与所述支管均为钢管，其改进之处在于：所述主管与支管之间设有垫板。
其中，所述垫板为沿所述主管设置的弧形板。
其中，所述垫板覆盖所述主管的弧度介于90°～360°之间。
其中，所述垫板覆盖所述主管的弧度为90°、120°、150°、180°、210°、240°、270°、300°、330°、360°。
其中，所述支管与所述主管的夹角介于30°～150°之间。
其中，所述述支管与所述主管的夹角为30°、45°、60°、75°、90°、105°、120°、135°、150°。
其中，制备所述主管材料按重量百分比计为，C≤0.20％，Mn：1.00～1.70％，Si≤0.55%，P≤0.045％，S≤0.045％，V：0.02～0.20%，Nb：0.015～0.060%，Ti：0.02～0.20%，Cr：≤0.40%，Ni：≤0.70%，铁为余量。
其中，制备所述主管材料按重量百分比计为，C：0.15％，Mn：1.46％，Si：0.33%，P：0.022％，S：0.023％，V：0.17%，Nb：0.048%，Ti：0.14%，Cr：0.28%，Ni：0.39%，铁为余量。
其中，所述垫板与主管之间为焊接。
其中，所述垫板与主管之间为螺栓连接。
其中，所述支管与垫板之间为焊接。
其中，所述支管与垫板之间为螺栓连接。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
1、解决支管和主管夹角过小，无法保证焊接条件的约束；
2、支管的荷载通过垫板传递到主管上，接触面积大，分布均匀，垫板增大了节点刚度，改善了节点主管的受力分布和变形，起到了加固作用，局部屈曲的临界荷载随节点刚度的增大而提高，提高了整体承载性能；
3、因为2的有利作用，可以减少加劲板的使用，从而减少焊缝的数量和由此产生焊接残余应力，改善节点的受力状态；
4、减少加劲板的使用，降低了节点的迎风面积，减少了风荷载；
5、垫板的厚度，使支管端部的间隙增大，减小发生支管搭接的概率，改善节点的承载性能；
6、充分考虑钢管相贯焊连接节点的受力特点和加工工艺，结构布置简洁合理，可以改善焊缝质量，减小节点主管变形，减少加劲板，减少迎风面积，避免受力不利的搭接。
附图说明
图1是：本发明提供的钢管节点的结构示意图；
图2是：传统输电线路铁塔钢管平面节点的正视图；
图3是：传统输电线路铁塔钢管平面节点的侧视图；
图4是：传统输电线路铁塔钢管平面节点的正视图；
图5是：传统输电线路铁塔钢管平面节点的侧视图；
图6是：传统输电线路铁塔钢管平面节点的正视图；
图7是：传统输电线路铁塔钢管平面节点的侧视图；
图8是：传统输电线路铁塔钢管平面节点的正视图；
图9是：传统输电线路铁塔钢管平面节点的侧视图；
图10是：传统输电线路铁塔钢管平面节点的正视图；
图11是：传统输电线路铁塔钢管平面节点的侧视图；
图12是：传统输电线路铁塔钢管平面节点的正视图；
图13是：传统输电线路铁塔钢管平面节点的侧视图；
图14是：传统输电线路铁塔钢管空间节点的正视图；
图15是：传统输电线路铁塔钢管空间节点的侧视图；
图16是：传统输电线路铁塔钢管空间节点的正视图；
图17是：传统输电线路铁塔钢管空间节点的侧视图；
图18是：传统输电线路铁塔钢管空间节点的正视图；
图19是：传统输电线路铁塔钢管空间节点的侧视图；
图20是：传统输电线路铁塔钢管空间节点的正视图；
图21是：传统输电线路铁塔钢管空间节点的侧视图；
图22是：传统输电线路铁塔钢管节点焊接加劲肋的结构示意图；
图23是：传统输电线路铁塔钢管节点的受力分析图；
图24是：传统输电线路铁塔钢管节点焊接加劲肋的受力分析图；
其中：1、主管；2、上支管；3、下支管；4、垫板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本实施例以平面钢管节点一根主管安装两根支管为例，如图1所示，本发明实施例提供的钢管节点包括：主管1、上支管2、下支管3、垫板4。垫板4为与主管1弧度贴合的弧形板，垫板4覆盖主管1的弧度介于90°～360°之间，并且能够提供上支管2和下支管3的端部焊接空间，可以是90°、120°、150°、180°、210°、240°、270°、300°、330°或360°的弧形板。上支管2与垫板4的上边缘焊接或用螺栓连接，下支管3与垫板4的下边缘焊接或用螺栓连接，垫板4与主管1可以焊接，也可以用螺栓连接，上支管2和下支管3的轴线分别与主管1的轴线相交，支管2和支管3与主管1的夹角分别介于30°～150°之间，支管2和支管3与主管1的夹角可以是30°、45°、60°、75°、90°、105°、120°、135°或150°。
其中，主管1与支管2和支管3均为钢管，制备主管1材料按重量百分比计为，C：0.15％，Mn：1.46％，Si：0.33%，P：0.022％，S：0.023％，V：0.17%，Nb：0.048%，Ti：0.14%，Cr：0.28%，Ni：0.39%，铁为余量。
本实施例提供的钢管节点改良了上支管2和下支管3与主管1的连接方式，避免了传统连接方式的施焊条件受限，焊缝质量无法保证，受力集中且不均匀，变形较大等缺点；而且传统钢管节点常常需要额外的添加加劲肋，增加了用钢量、工时、焊缝和迎风面积。
本实施例提供的钢管节点显著改善了钢管节点的受力状态和承载性能，上支管2和下支管3焊接在弧形垫板4上，而不是直接焊接在主管1上，增大了施焊空间，从而更容易保证焊缝质量；上支管2和下支管3的作用力通过弧形垫板4传递到主管1，而不是直接通过支管断面传递，传力面积很大，荷载分布均匀在主管1平面，缓解了受力集中的不利因素，减小节点变形；弧形垫板4固定到主管1上，接触面积大，受力均匀，同时增加了节点的整体刚度，提高了钢管节点发生局部屈曲的荷载临界值，提高了整体承载能力；受力状态的改善，进一步减少了加劲肋的使用，从而减少了加劲肋带来的更多的焊缝、迎风面积和焊接工作。
传统输电线路铁塔钢管节点，如图2至图21所示；传统输电线路铁塔钢管节点的加固措施采用焊接加劲肋，以加强节点刚度，减小应力集中，但是增加了大量焊缝，如图22所示；传统输电线路铁塔钢管节点受力分析，如图23所示，传统钢管相贯节点受力不均过于集中；传统输电线路铁塔钢管节点焊接加劲肋的受力分析，如图24所示，传统钢管相贯焊节点，添加大量加劲肋后，但是仍不能很好地改善受力集中的缺点。
本实施例提供的钢管节点适用于输电线路钢管塔或其他受荷载较大的钢管连接的钢结构（桥梁、塔桅、大跨度屋顶等），能够显著改善钢管节点的受力，而且仍可以采用常规的添加加劲肋的方式进一步对节点进行加固，从而提高节点的承载能力。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种钢管节点，包括主管和支管，所述支管的轴线与主管的轴线相交，所述主管与所述支管均为钢管，其特征在于：所述主管与支管之间设有垫板；
制备所述主管材料按重量百分比计为，C：0.15％，Mn：1.46％，Si：0.33％，P：0.022％，S：0.023％，V：0.17％，Nb：0.048％，Ti：0.14％，Cr：0.28％，Ni：0.39％，铁为余量；
所述垫板为沿所述主管设置的弧形板；
所述垫板与主管之间为焊接或螺栓连接。
2.如权利要求1所述的钢管节点，其特征在于，所述垫板覆盖所述主管的弧度介于90°～360°之间。
3.如权利要求2所述的钢管节点，其特征在于，所述垫板覆盖所述主管的弧度为90°、120°、150°、180°、210°、240°、270°、300°、330°、360°。
4.如权利要求1所述的钢管节点，其特征在于，所述支管与所述主管的夹角介于30°～150°之间。
5.如权利要求4所述的钢管节点，其特征在于，所述支管与所述主管的夹角为30°、45°、60°、75°、90°、105°、120°、135°、150°。
6.如权利要求1所述的钢管节点，其特征在于，所述支管与垫板之间为焊接。
7.如权利要求1所述的钢管节点，其特征在于，所述支管与垫板之间为螺栓连接。
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