CN107165289A - 用于建造桥梁或建筑结构的插入式钢桁架节点构造 - Google Patents

Abstract

一种插入式钢桁架节点构造，其包括：钢桁架节点，其具有至少一个被插入口，每个被插入口的端部设有被插入端凸缘；桁架杆件，其具有可与所述钢桁架节点的被插入端间隙配合的插入端，在与所述桁架杆件的端部相对的所述插入端的尾部设有插入端凸缘；扣件，其由两个半部组成，该扣件设有与所述被插入端凸缘和所述插入端凸缘的周边配合的凹槽，该扣件的第一半部在闭合线的两端设有上半凸台，该上半凸台上设有上半螺栓孔，而该扣件的第二半部在闭合线的两端设有下半凸台，该下半凸台上设有下半螺栓孔；结构胶，其设置于安装间隙内；以及螺栓，其使得所述上半螺栓孔与所述下半螺栓孔相连接。本发明的桁架节点构造施工效率高、可靠性好、使用生命长。

Description

用于建造桥梁或建筑结构的插入式钢桁架节点构造

技术领域

本发明涉及一种用于建造桥梁或建筑结构的插入式钢桁架节点构造，其可缩短施工周期，属于桥梁工程和建筑工程领域。

根据本发明的插入式钢桁架节点可以是预制件，也可以是现场组焊或组装部件。

背景技术

现有技术中，桥梁及建筑结构中的一般桁架节点采用铆接、焊接及高强螺栓与杆件连接组合而成。随着焊接技术和高强螺栓连接技术的发展，传统铆接技术因现场施工难度高而逐渐被淘汰。焊接和高强螺栓连接大大提高了节点和杆件的连接可靠性，而越来越多的工程实例表明，焊接容易导致金相组织发生变化，焊接变形不可避免，导致连接件和被连接件不能密贴，以至于影响安装精度；高强螺栓方便了工程施工连接，但因节点处螺栓数量大，工程实际中超拧或少拧都影响结构性能，在较大荷载作用下出现断栓的情况屡见不鲜。铆接、焊接和高强螺栓连接三种工艺的共同特定是施工周期长。

现有技术中，结构胶在工程实际中运用较为广泛，但其耐久性是影响连接可靠性的关键因素。

现有技术中，本领域的技术人员形成了单纯以钢桁架焊接或高强螺栓连接等传统思维的惯性，难以突破技术上的偏见，更难以想到新型的以方便施工和满足各种力学特性的桥梁或建筑结构节点构造。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于建造桥梁和建筑结构的插入式桁架节点构造，其通行便利、受力合理、施工方便，是一种桁架节点-杆件连接构造，尤其是施工效率高、可靠性好、使用生命长。

为此，根据本发明的一个方面，提供了一种插入式钢桁架节点构造，其特征在于，其包括：

钢桁架节点，其具有至少一个被插入口，每个被插入口的端部设有被插入端凸缘；

桁架杆件，其具有可与所述钢桁架节点的被插入端间隙配合的插入端，在与所述桁架杆件的端部相对的所述插入端的尾部设有插入端凸缘；

扣件，其由两个半部组成，该扣件设有与所述被插入端凸缘和所述插入端凸缘的周边配合的凹槽，该凹槽的宽度为所述被插入端凸缘的宽度和所述插入端凸缘的宽度之和，该扣件的一侧具有与所述钢桁架节点的被插入端配合的被插入端孔，该扣件的另外一侧具有与所述桁架杆件的插入端配合的插入端孔，该扣件的第一半部在闭合线的两端设有上半凸台，该上半凸台上设有上半螺栓孔，而该扣件的第二半部在闭合线的两端设有下半凸台，该下半凸台上设有下半螺栓孔；

结构胶，其设置于钢桁架节点、桁架杆件、扣件之间的间隙内；以及

螺栓，其使得所述上半螺栓孔与所述下半螺栓孔相连接。

优选地，所述被插入端凸缘是阴极固定端板；而所述插入端凸缘是阳极固定端板。

优选地，所述螺栓为高强螺栓。

优选地，所述钢桁架节点的被插入端的内表面上涂有结构胶，和/或，所述桁架杆件的插入端的外表面上涂有结构胶。

优选地，所述钢桁架节点的被插入端的内孔呈箱形、工字形、槽形或圆形截面，并且所述桁架杆件的插入端相应地呈箱形、工字形、槽形或圆形截面。

优选地，所述被插入端凸缘焊接于节点端或与节点端集成一体，和/或，所述插入端凸缘焊接于桁架杆件或与桁架杆件集成一体。

优选地，所述被插入端凸缘的面对插入端凸缘的表面可与所述插入端凸缘面对被插入端凸缘的表面密贴配合。所述被插入端凸缘与所述插入端凸缘相接处，并且插入端凸缘的表面上的突起与被插入端凸缘的表面上的凹陷相互配合，特别是，所述桁架杆件的插入端配合的插入端孔的内边缘设有防滑肋。

根据本发明的另外一个方面，提供了一种插入式钢桁架节点构造的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：在所述桁架杆件的插入端的外表面上涂有结构胶；将所述桁架杆件的插入端插入所述钢桁架节点的相应被插入端孔；使所述被插入端凸缘的面对插入端凸缘的表面可与所述插入端凸缘面对被插入端凸缘的表面密贴定位；将扣件的第一半部和第二半部的凹槽分别配合在所述被插入端凸缘和所述插入端凸缘上，将上半凸台的上半螺栓孔与下半凸台的下半螺栓孔对准，并且通过螺栓相连接。

优选地，所述桁架节点和所述桁架杆件至少其中之一为预制件。

优选地，下列表面中的至少一个上也涂有结构胶：所述钢桁架节点的被插入端的内表面上；所述节点被插入端凸缘的面对杆件插入端凸缘的表面；所述杆件插入端凸缘面对节点被插入端凸缘的表面；扣件的第一半部的凹槽的内表面；以及扣件的第二半部的凹槽的内表面。

根据本发明的插入式桁架节点，能大大提高节点杆件的连接可靠性，可满足结构构件各种力学特性需求，结构胶被封闭在节点内部，保证了节点和杆件的结构体系整体性，提高了桁架结构的极限承载力，同时也提高了结构胶体的耐久性，技术效果显著。同时，该节点构造大大缩短工程施工周期，经济效果显著。

现有技术中还从来没有出现过根据本发明的以新型插入式桁架节点构造的桥梁和建筑结构。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的用于建造桥梁和建筑结构的插入式桁架节点的立体图。

图2为如图1所示的插入式桁架节点的阴极固定端板和阳极固定端板的结构示意图。

图3为如图1所示的插入式桁架节点的扣件和高强螺栓之间的连接原理示意图。

图4为如图4所示的插入式桁架节点的扣件和高强螺栓之间的连接结构剖视图。

具体实施方式

如图1-3所示，根据本发明的一个实施例，插入式钢桁架节点构造包括：

钢桁架节点1，其具有至少一个被插入口，每个被插入口的端部30设有被插入端凸缘3；

桁架杆件2，其具有可与所述钢桁架节点1的被插入端间隙配合的插入端，在与所述桁架杆件2的端部20相对的所述插入端的尾部(与端部20的距离为L)设有插入端凸缘4；

扣件5，其由两个半部51、52组成，该扣件5设有与所述被插入端凸缘3和所述插入端凸缘4的周边配合的凹槽50，该凹槽50的宽度为所述被插入端凸缘3的宽度和所述插入端凸缘4的宽度之和，该扣件5的一侧具有与所述钢桁架节点1的被插入端配合的被插入端孔30，该扣件5的另外一侧具有与所述桁架杆件2的插入端配合的插入端孔40，该扣件5的第一半部51在闭合孔的两侧设有上半凸台61，该上半凸台61上设有上半螺栓孔，而该扣件5的第二半部52在闭合孔的两侧设有下半凸台62，该下半凸台62上设有下半螺栓孔；所述上半螺栓孔与所述下半螺栓孔通过螺栓6相连接。优选地，所述被插入端凸缘3是阴极固定端板；而所述插入端凸缘4是阳极固定端板；所述螺栓为高强螺栓；所述钢桁架节点1的被插入端的内表面上涂有结构胶，和/或，所述桁架杆件2的插入端的外表面上涂有结构胶7；所述钢桁架节点1的被插入端的内孔呈箱形、工字形、槽形或圆形截面，并且所述桁架杆件2的插入端相应地呈箱形、工字形、槽形或圆形截面；所述被插入端凸缘3焊接于节点端或与节点端集成一体，和/或，所述插入端凸缘4)接于桁架杆件或与桁架杆件集成一体；所述被插入端凸缘3的面对插入端凸缘4的表面可与所述插入端凸缘4面对被插入端凸缘3的表面密贴配合，例如，所述被插入端凸缘3与所述插入端凸缘4相接处，并且插入端凸缘4的表面上的突起41与被插入端凸缘3的表面上的凹陷31相互配合，特别是，所述桁架杆件2的插入端配合的插入端孔40的内边缘设有防滑肋42。

根据本发明的插入式钢桁架节点构造的施工方法包括如下步骤：在所述桁架杆件2的插入端的外表面上涂有结构胶；将所述桁架杆件2的插入端插入所述钢桁架节点1的相应被插入端孔；使所述被插入端凸缘3的面对插入端凸缘4的表面可与所述插入端凸缘4面对被插入端凸缘3的表面密贴定位；将扣件5的第一半部和第二半部的凹槽分别配合在所述被插入端凸缘3和所述插入端凸缘4上，将上半凸台的上半螺栓孔与下半凸台的下半螺栓孔对准，并且通过螺栓相连接。

优选地，所述桁架节点1和所述桁架杆件2至少其中之一为预制件。

优选地，所述钢桁架节点1的被插入端的内表面上也涂有结构胶。

根据本发明的一个实施例，新型插入式桁架节点构造主要包括：钢桁架节点1、桁架杆件2、阴极固定端板3、阳极固定端板4、扣件5、高强螺栓6及结构胶。其中，钢桁架节点1可适应各种桁架杆件2截面和杆件数量需求；桁架杆件2插入端长度根据实际节点受力特性情况设置，为保证阴极固定端板3和阳极固定端板4密合紧固，应在插入端部和被插入端部预留合适间隙(例如2mm)，以便于z拼装过程中进行局部调整，同时确保各杆件插入端与节点内部互不干扰。在另外一个实施例中，铰接节点的插入端可不设置插入端长度；阴极固定端板3和阳极固定端板4分别焊接于节点1端和桁架杆件2上，插入拼装完后，二者密合扣连，再采用扣件5和高强螺栓6连接完成拼装。

根据本发明，1)采用插入式节点，大大提高了施工便捷性，缩短了工期，降低了现场施工机具的设备要求，降低了高空焊接和螺栓连接作业的危险性；2)采用结构胶增强了节点和杆件之间的连接可靠性，同时防止了节点连接处的腐蚀性；3)采用阴极固定端板和阳极固定端板、扣件和高强螺栓，提高了节点和杆件可靠连接安全系数，提高了结构整体承载能力。

根据本发明，可灵活选择施工方法，可在工厂整体预装再吊装至施工现场，也可在施工现场单件拼装成整体。主桁插入式节点和杆件拼装完，局部调整插入端和被插入端位置，密合阴阳极固定端部，再用扣件连接两端板。各节点与杆件连接均参见此工序。

本发明提供了一种新型的插入式钢桁架节点构造，是用于建造桥梁和建筑结构的预制件、现场组装或组焊部件，主要包括钢桁架节点、桁架杆件、阴极固定端板、阳极固定端板、扣件、高强螺栓及结构胶。该新型插入式钢桁架节点构造适用于箱形、工字形、槽形及圆形截面杆件，适应于各种受拉、受压、扭转、受弯或各种力学耦合作用条件下的桁架节点-杆件受力特性。预制各部件后，在拼装现场将构件插入端涂上与结构节点和杆件强度相适应的结构胶后插入相应截面节点处，确保阴极固定端板和阳极固定端板密贴，再采用扣件扣住两固定端板，通过高强螺栓拧紧即可完成拼装过程。采用结构胶使得插入端与杆件端协同工作，能提高受拉、压承载力，同时结构胶本身可以防止钢材表面腐蚀和方便了预装过程中杆件与节点位置的调整；采用阴、阳极固定端板更是提高了截面横向刚度，保障了节点连接。该节点构造大大提高了施工过程中的便捷性，节约工期；同时提高了节点连接可靠度，解决了工程实际中传统节点连接过程中断栓的情况，同时避免了拼装过程中的焊接变形，可用于公路、铁路、公铁两用桁架桥和空间跨度大的建筑结构等。

根据本发明的一种新型插入式钢桁架节点构造，其特征在于：主要包括钢桁架节点1、桁架杆件2、阴极固定端板3、阳极固定端板4、扣件5、高强螺栓6及结构胶。

特别是，钢桁架节点构造适用于箱形、工字形、槽形及圆形截面杆件2，适应于各种受拉、受压、扭转、受弯或各种力学耦合作用条件下的桁架节点1的受力特性。

特别是，阴极固定端板3、阳极固定端板4分别焊接于节点端和桁架杆件上，插入拼装完二者密合扣连，可提高截面横向刚度，防止节点横向变形，保障了节点可靠连接。

特别是，采用扣件5和高强螺栓6保证了阴极固定端板3和阳极固定端板4之间的密合扣连，同时可承担杆件与节点之间的传力效果。特别是，采用与结构节点和杆件强度相适应的结构胶，将节点的被插入端与杆件的插入端之间协同工作，能提高受拉、压承载力，同时结构胶本身可以防止钢材表面腐蚀和方便了预装过程中杆件与节点位置调整。特别是，预制各部件后，在拼装现场将构件2的插入端涂上结构胶后插入相应截面节点处，确保阴极固定端板3和阳极固定端板4密贴，再采用扣件5扣住两固定端板，通过高强螺栓6拧紧即可完成拼装过程。

在其他的实施例中，所述结构胶包含明矾石、硫铝酸钙、氧化钙、铁屑或其混合物、复合物、惨和物。当其凝结硬化时，体积随之膨胀，以补偿收缩和充分填充零件间隙，同时，本发明的节点改造实现了自防水、自防锈防腐蚀，延长了使用寿命。在一个特定的实施例中，扣件5的侧面上设有至少一个膨胀剂灌注孔，所述膨胀剂按照重量计的百分含量是明矾石1-3、硫铝酸钙5-10、10-15、铁屑50-60，余量是乙醇。

在本发明的另外一个实施例中，结构胶包含聚烯烃热熔胶粘剂，其由极性基因改性聚烯烃、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯、增粘树脂、无机填料和抗氧剂熔融共混制得。

在本发明的另外一个实施例中，结构胶含纳米材料，由甲、乙两组按下述重量配比的原料组成，其中，甲组分中环氧树脂60-70份、液体聚硫橡胶35-40份、填料80-90份，纳米SiO₂6-7份；乙组分中改性固化剂50-56份、促进剂15-20份、增塑剂15-20份、硅微粉40-50份、钛微粉5-9份，铝粉7-10份、偶联剂16-18份。上述原料配合使用，实现本发明节点结构的无间隙可靠锚固。

在本发明的另外一个实施例中，本发明的结构胶是动载荷结构胶粘剂，其包括100份环氧树脂、20-25份聚酰胺、5-10份聚硫橡胶、6-7份磷苯二甲酸二丁脂三种改性剂；在本发明的另外一个实施例中，结构胶是耐热的氨基多官能环氧树脂类，其选用对氨基苯酚二缩水甘油环氧或4,4′－－二氨二苯基甲烷四缩水甘油环氧为主剂，采用芳香胺和苯酚、甲醛、胺类缩合物的混合型固化剂而配制成的两组分胶粘剂。

如图4所示，在本发明的另外一个实施例中，阴极固定端板3和阳极固定端板4的背面为锥面40；扣件5的内表面是锥面520；锥面40和锥面520之间设有橡胶垫34，锥面40和锥面520在高强螺栓6锁紧时密合。

在本发明的另外一个实施例中，阴极固定端板3和阳极固定端板4之间通过沉头螺栓螺母结构340增加结合力。

综上所述，本发明是在克服了种种技术难关之后实现的，本说明书仅公开了本发明的应该不属于技术秘密的内容，但已经满足了专利法的充分公开要求。

Claims (10)

1.一种插入式钢桁架节点构造，其特征在于，其包括：

钢桁架节点(1)，其具有至少一个被插入口，每个被插入口的端部设有节点被插入端凸缘(3)；

桁架杆件(2)，其具有可与所述钢桁架节点(1)的被插入端间隙配合的插入端，在与所述桁架杆件(2)的端部相对的所述插入端的尾部设有杆件插入端凸缘(4)；

扣件(5)，其由两个半部组成，该扣件(5)设有与所述节点被插入端凸缘(3)和所述杆件插入端凸缘(4)的周边配合的凹槽，该凹槽的宽度为所述节点被插入端凸缘(3)的宽度和所述杆件插入端凸缘(4)的宽度之和，该扣件(5)的一侧具有与所述钢桁架节点(1)的被插入端配合的被插入端孔，该扣件(5)的另外一侧具有与所述桁架杆件(2)的插入端配合的插入端孔，该扣件(5)的第一半部在闭合孔的两侧设有上半凸台，该上半凸台上设有上半螺栓孔，而该扣件(5)的第二半部在闭合孔的两侧设有下半凸台，该下半凸台上设有下半螺栓孔；

结构胶，其设置于钢桁架节点(1)、桁架杆件(2)、扣件(5)之间的间隙内；以及

螺栓(6)，其使得所述上半螺栓孔与所述下半螺栓孔相连接。

2.如权利要求1所述的节点构造，其特征在于，所述节点被插入端凸缘(3)是阴极固定端板(3)；而所述杆件插入端凸缘(4)是阳极固定端板(4)；和/或，所述螺栓为高强螺栓(6)。

3.如权利要求1所述的节点构造，其特征在于，阴极固定端板(3)、阳极固定端板(4)、扣件(5)之间以锥面相互接触；优选在锥面(40)和锥面(520)之间设有橡胶垫(34)，更优选在阴极固定端板(3)和阳极固定端板(4)之间设有沉头螺栓螺母连接结构(340)。

4.如权利要求1所述的节点构造，其特征在于，所述钢桁架节点(1)的被插入端的内表面上涂有结构胶，和/或，所述桁架杆件(2)的插入端的外表面上涂有结构胶。

5.如权利要求1所述的节点构造，其特征在于，所述钢桁架节点(1)的被插入端的内孔呈箱形、工字形、槽形或圆形截面，并且所述桁架杆件(2)的插入端相应地呈箱形、工字形、槽形或圆形截面。

6.如权利要求1所述的节点构造，其特征在于，所述节点被插入端凸缘(3)焊接于节点端或与节点端集成一体，和/或，所述杆件插入端凸缘(4)焊接于桁架杆件或与桁架杆件集成一体。

7.如权利要求1所述的节点构造，其特征在于，所述节点被插入端凸缘(3)的面对杆件插入端凸缘(4)的表面可与所述杆件插入端凸缘(4)面对节点被插入端凸缘(3)的表面密贴配合，优选地，所述节点被插入端凸缘(3)与所述杆件插入端凸缘(4)相接处，并且杆件插入端凸缘(4)的表面上的突起(41)与节点被插入端凸缘(3)的表面上的凹陷(31)相互配合，更特别地，所述桁架杆件(2)的插入端配合的插入端孔(40)的内边缘设有防滑肋(42)。

8.一种如权利要求1-7其中之一所述的插入式钢桁架节点构造的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：在所述桁架杆件(2)的插入端的外表面上涂有结构胶；将所述桁架杆件(2)的插入端插入所述钢桁架节点(1)的相应被插入端孔；使所述节点被插入端凸缘(3)的面对杆件插入端凸缘(4)的表面可与所述杆件插入端凸缘(4)面对节点被插入端凸缘(3)的表面密贴定位；将扣件(5)的第一半部和第二半部的凹槽分别配合在所述节点被插入端凸缘(3)和所述杆件插入端凸缘(4)上，将上半凸台的上半螺栓孔与下半凸台的下半螺栓孔对准，并且通过螺栓相连接。

9.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述桁架节点(1)和所述桁架杆件(2)至少其中之一为预制件。

10.如权利要求1所述的施工方法，其特征在于，下列表面中的至少一个上也涂有结构胶：

所述钢桁架节点(1)的被插入端的内表面上；

所述节点被插入端凸缘(3)的面对杆件插入端凸缘(4)的表面；

所述杆件插入端凸缘(4)面对节点被插入端凸缘(3)的表面；

扣件(5)的第一半部的凹槽的内表面；以及

扣件(5)的第二半部的凹槽的内表面。