CN108951858A - 一种空间异形圆管节点及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空间异形圆管节点，属于钢结构领域，包括上圆管柱、下圆管柱、插板、上内环板、下内环板、上外环板、下外环板、腹板和封板，所述上圆管柱与所述下圆管柱对接，所述插板插入所述上圆管柱和所述下圆管柱内，所述上内环板设置在所述上圆管柱的端口，所述下内环板设置在所述上圆管柱与所述下圆管柱之间且与所述上内环板平行，所述封板设置在所述下圆管柱内，所述上外环板与所述上内环板齐平，所述下外环板套设在所述上圆管柱和所述下圆管柱的外侧，所述上外环板和所述下外环板之间夹设有多个腹板。本发明提高了节点的抗变形能力，增加了整个建筑的稳定性和安全性。本发明还提供了一种空间异形圆管节点加工工艺。

Description

一种空间异形圆管节点及其加工工艺

技术领域

本发明涉及钢结构领域，具体而言，涉及一种空间异形圆管节点。

背景技术

现有钢结构建筑为了满足设计要求，很多时候会存在一些特殊设计，大部分较为复杂的节点设计多为屋顶节点，例如圆管柱和箱梁的混合节点，这种节点既需要与圆管柱连接，同时需要与钢箱梁相连，圆管节点受力集中，现有结构复杂，制造工艺繁琐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间异形圆管节点，加工生产简单，结构简单稳固耐用。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一种空间异形圆管节点，包括上圆管柱、下圆管柱、插板、上内环板、下内环板、上外环板、下外环板、腹板和封板，所述上圆管柱与所述下圆管柱对接，所述上圆管柱的轴心线与所述下圆管柱的轴心线的夹角为110－135度。

所述插板插入所述上圆管柱和所述下圆管柱内，所述上圆管柱和所述下圆管柱的侧壁设有通槽，两条所述通槽相对设置，所述插板插设在所述通槽内。

所述上内环板设置在所述上圆管柱的端口，所述上内环板水平设置，所述上内环板包括两个第一半圆形板，两个所述第一半圆形板分别设置在所述插板的两侧，所述第一半圆形板的弧形边缘与所述上圆管柱的内壁焊接，所述第一半圆形板的直线边缘与所述插板焊接，所述下内环板设置在所述上圆管柱与所述下圆管柱之间且与所述上内环板平行，所述下内环板包括两个第二半圆形板，两个所述第二半圆形板分别设置在所述插板的两侧，所述第二半圆形板的直线边缘与所述插板焊接，所述第二半圆形板的弧线边缘的一部分与所述上圆管柱的内壁焊接，所述第二半圆形板的弧线边缘的其余部分与所述下圆管柱的内壁焊接。

所述插板与所述上内环板和所述下内环板均垂直，所述封板设置在所述下圆管柱内，所述封板与所述插板的端部焊接，所述封板与所述插板垂直，所述上外环板套设在所述上圆管柱的外侧，所述上外环板与所述上内环板齐平，所述下外环板套设在所述上圆管柱和所述下圆管柱的外侧，所述下外环板与所述下内环板齐平，所述上外环板和所述下外环板之间夹设有多个腹板。

进一步地，本发明较佳的实施例中，所述上圆管柱和所述下圆管柱的外径为800～850mm，壁厚为36～100mm。

进一步地，本发明较佳的实施例中，所述上内环板和所述下内环板的板厚小于或等于120mm。

进一步地，本发明较佳的实施例中，所述下内环板与所述下圆管柱的倾角小于或等于53度。

进一步地，本发明较佳的实施例中，多个所述腹板环形阵列在所述上圆管柱的外侧。

进一步地，本发明较佳的实施例中，还包括加强环，所述加强环设置在所述下圆管柱内，所述加强环贴合所述下圆管柱的端口设置。

本发明还提供了.一种本发明所述的空间异形圆管节点的加工工艺，包括

圆管下料，切割出上圆管柱、下圆管柱的相贯口和通槽，切割通槽时，靠近所述上圆管柱的端口处预留150～50mm不开槽段，在不开槽段的端口焊接马板；

圆管焊接，对接所述上圆管柱和所述下圆管柱的相贯口，在相贯口环焊，环焊缝焊接采用手工CO2气保焊焊接，焊前预热温度100℃～120℃，焊接层间温度控制在120～250℃；

插板拼装，上圆管柱与下圆管柱焊接完后，将上圆管柱的不开槽段开通槽口，插板插入所述通槽，先将插板与上圆管柱的槽口处采取衬垫焊接，根部间隙为6～8mm，然后再进行插板与上圆管柱和下圆管柱的焊接；

内环板焊接，上内环板和下内环板定位完成后，采用手工气体保护焊依次完成下内环板、上内环板与下圆管柱、上圆管柱及插板的焊接。焊前预热温度100℃～120℃，焊接层间温度控制在120～250℃；

配件安装，先装配上外环板和下外环板，然后装配腹板及封板零件，再进行焊接，焊接方法为CO2气体保护焊。

进一步地，在所述的空间异形圆管节点的加工工艺中，所述内环板焊接之前，还包括焊接预处理，所述下内环板与下圆管柱为渐变对接，所述下内环板设反坡口，保证实际焊接坡口角度为30～35度，根部间隙为10～12mm。

进一步地，在所述的空间异形圆管节点的加工工艺中，所述圆管焊接之前还包括圆管定位，所述上圆管柱与所述下圆管柱的焊缝处沿周向均匀的设置4～6道环焊焊接马板450用来控制焊接变形，所述环焊焊接马板450中心过焊孔半径45～55mm，厚度15～22mm，采用焊脚尺寸8～10的角焊缝与所述上圆管柱和所述下圆管柱围焊。

进一步地，所述环焊焊接马板450中心过焊孔半径50mm，厚度19mm

本发明提供的空间异形圆管节点的有益效果是：本发明提供一种空间异形圆管节点，圆管节点通长设置插板，在圆管节点转折处设置内环板，外侧设置外环板及腹板，焊缝密集，结构复杂。通过合理的切割设计、坡口设计、焊接变形控制及装配顺序，保证了构件制作精度，提高了构件加工效率。同时本节点尤其适用于采用厚度大于100mm的超厚板材制作，加工生产简单，结构简单稳固耐用。本发明还提供了一种空间异形圆管节点的加工工艺。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本发明的保护范围。

图1为本发明实施例1提供的空间异形圆管节点的结构第一视角示意图；

图2为图1的空间异形圆管节点第二视角的示意图；

图3为图1的空间异形圆管节点的剖视图；

图4为图1的局部结构示意图；

图5为图4的剖视图；

图6为图4的上内环板的示意图；

图7为图4的下内环板的示意图；

图8为图1的局部结构示意图；

图9为实施例2的空间异形圆管节点的加工工艺的圆管定位的示意图；

图10为图9的C的局部放大图；

图11为实施例2的插板拼装的焊接结构示意图；

图12为实施例2空间异形圆管节点的加工工艺的焊接预处理前的结构示意图；

图13为实施例2空间异形圆管节点的加工工艺的焊接预处理后的结构示意图。

图标：100－插板；110－通槽；200－上圆管柱；300－下圆管柱；210－上内环板；220－上外环板；211－第一半圆形板；310－下内环板；311－第二半圆形板；320－下外环板；400－腹板；410－封板；420－加强环；430－焊接马板；440－不开槽段；450－环焊焊接马板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

实施例1

请参阅图1和图2，本发明提供了一种空间异形圆管节点，包括上圆管柱200、下圆管柱300、插板100、上内环板210、下内环板310、上外环板220、下外环板320、腹板400和封板410，上圆管柱200与下圆管柱300对接，上圆管柱200的轴心线与下圆管柱300的轴心线的夹角为110－135度，上圆管柱200和下圆管柱300倾斜连接。

插板100插入上圆管柱200和下圆管柱300内，上圆管柱200和下圆管柱300的侧壁设有通槽110，两条通槽110相对设置，插板100插设在通槽110内。通过通槽110将插板100插入到上圆管柱200和下圆管柱300内，整块的插板100同时与上圆管柱200和下圆管柱300焊接，这样，通过插板100便可以对上圆管柱200和下圆管柱300的连接起到支撑作用，提高了上圆管柱200和下圆管柱300的连接强度，避免上圆管柱200和下圆管柱300的连接强度不足容易引起形变。

另外如附图3所示，插板100插入到上圆管柱200和下圆管柱300内，将一个完整的圆形分割为两个半圆结构，这种分割能够大大增加圆管抵抗外壁的受力变形的能力，这种能力的提高大大增加了结构的稳定性，其主要原因是因为上圆管柱200和下圆管柱300的外侧会与钢梁箱连接固定，连接方式多通过腹板400与钢梁箱连接，这样作用在上圆管柱200和下圆管柱300外壁的力就非常巨大，这样就很容易使得上圆管柱200和下圆管柱300的外壁因为受力集中而导致上圆管柱200或下圆管柱300的外壁发生翘曲变形。

同时如附图4和附图5所示，上内环板210设置在上圆管柱200的端口，上内环板210水平设置，上内环板210包括两个第一半圆形板211，两个第一半圆形板211分别设置在插板100的两侧，第一半圆形板211的弧形边缘与上圆管柱200的内壁焊接，第一半圆形板211的直线边缘与插板100焊接，下内环板310设置在上圆管柱200与下圆管柱300之间且与上内环板210平行，下内环板310包括两个第二半圆形板311，两个第二半圆形板311分别设置在插板100的两侧，第二半圆形板311的直线边缘与插板100焊接，第二半圆形板311的弧线边缘的一部分与上圆管柱200的内壁焊接，第二半圆形板311的弧线边缘的其余部分与下圆管柱300的内壁焊接。

上内环板210和下内环板310的设置正好作为横板，填充了上圆管柱200和下圆管柱300与插板100之间的空隙，如附图6和附图7所示，进一步将原来的空心结构填充，使得上圆管柱200和下圆管柱300能够受到稳定的内支撑，来抵抗来自腹板400及外部作用在上圆管住和下圆管柱300的外力，这样可以使得本应作用在上圆管柱200和下圆管柱300的外力通过侧壁传递到了上内环板210、下内环板310和插板100上，由上内环板210、下内环板310和插板100对外力进行力反馈来实现力的平衡。而如果没有这些结构，则需要通过上圆管柱200和下圆管柱300的侧壁的内力与来自腹板400和钢梁箱的外力进行平衡，外力稍微过大，就会导致上圆管柱200或下圆管柱300的侧壁因为外力超过内力平衡极限，导致侧壁发生形变，引起节点破坏，甚至引起整个建筑的整体结构受到破坏，造成安全隐患。所以通过插板100、上内环板210和下内环板310的设计，大大提高了节点的抗变形能力，在受到极大的外力情况下，依然能够保证结构稳定，增加了整个建筑的稳定性和安全性。

本实施例中插板100与上内环板210和下内环板310均垂直，封板410设置在下圆管柱300内，封板410与插板100的端部焊接，封板410与插板100垂直，如附图8所示，上外环板220套设在上圆管柱200的外侧，上外环板220与上内环板210齐平，下外环板320套设在上圆管柱200和下圆管柱300的外侧，下外环板320与下内环板310齐平，上外环板220和下外环板320之间夹设有多个腹板400。通过封板410，上内环板210和下内环板310的设置，配合垂直设置的插板100，加强了整个上圆管柱200和下圆管柱300的抗压抗拉能力，这样使得整个节点的上圆管柱200和下圆管柱300的抗变形能力进一步提高。

优选地，上圆管柱200和下圆管柱300的中心线夹角为127度，该中心线夹角的设置，使得上圆管柱200和下圆管柱300的相贯口的焊接难度较低，这样焊接出的焊缝更加牢固而且焊缝量最小，焊缝变形量小。为了便于生产，焊接圆管直径为800～850mm，壁厚36～100mm，上内环板210和下内环板310最大板厚为120mm。采用这个尺寸范围的设计，产品制作容易，成本适中同时能够保证结构强度的需求，满足绝大部分情况的使用。

本实施例的结构更加稳定牢固，通过内部插板100和上内环板210和下内环板310的支撑，将圆管柱内完全支撑起来，即使外部受到很大的压力或拉力，也不会轻易发生形变，另外，由于插板100的设计，使得上圆管柱200和下圆管柱300作为一个整体，节点强度更高，更加稳定。

优选地，在本实施例中上圆管柱200和下圆管柱300的外径为800～850mm，壁厚为36～100mm。上内环板210和下内环板310的板厚小于或等于120mm。下内环板310与下圆管柱300的倾角小于或等于53度多个腹板400环形阵列在上圆管柱200的外侧。

这样设置既能够满足材料的需求，同时由于厚度的要求，不至于容易损坏，另外，夹角为53度满足上圆管柱200和下圆管柱300的转折的要求，又不至于因为度数太大，导致不好安装。

优选地，在本实施例中还设置有加强环420，加强环420设置在下圆管柱300内，加强环420贴合下圆管柱300的端口设置。端口设置的加强环420能够对下圆管柱300端口起到一个补强的作用，避免下圆管柱300的端口发生形变，提高节点的稳定性。

实施例2

本实施例2提供了一种本发明提供的空间异形圆管节点的加工工艺，包括：

圆管下料，切割出上圆管柱200、下圆管柱300的相贯口和通槽110，切割通槽110时，采用相贯线切割机下料，为防止切割应力释放造成的圆管变形，靠近上圆管柱200的端口处预留150～50mm不开槽段440，其中优选地为在不开槽段440的100mm不开槽段440，同时在端口焊接马板430防止端口变形，该100mm长度的不开槽段440在插板100拼装阶段之前再将槽口开通，如附图10所示；

圆管焊接，对接上圆管柱200和下圆管柱300的相贯口，在相贯口环焊，环焊缝焊接采用手工CO2气保焊焊接，焊前预热温度100℃～120℃，焊接层间温度控制在120～250℃；

插板100拼装，上圆管柱200与下圆管柱300焊接完后，检验环焊焊接质量，合格后，将上圆管柱200的不开槽段440开通槽110口，插板100插入通槽110，采用附图11的焊接方式，先将插板100与上圆管柱200的槽口处采取衬垫焊接，根部间隙为6～8mm，然后再进行插板100与上圆管柱200和下圆管柱300的焊接；

内环板焊接，上内环板210和下内环板310定位完成后，采用手工气体保护焊依次完成下内环板310、上内环板210与下圆管柱300、上圆管柱200及插板100的焊接。焊前预热温度100℃～120℃，焊接层间温度控制在120～250℃，7)内环板定位完成后，采用手工气体保护焊依次完成内环板与圆管柱及内插班焊缝的焊接。焊前预热温度100℃～120℃，焊接层间温度控制在120～250℃；

配件安装，先装配上外环板220和下外环板320，然后装配腹板400及封板410零件，检查各配件的定位尺寸是否正确，无误后再进行焊接，焊接方法为CO2气体保护焊。

为了进一步提高焊接质量，本实施例优选地，在内环板焊接之前，还包括焊接预处理，下内环板310与下圆管柱300为渐变对接，下内环板310切割出反坡口，保证实际焊接坡口角A为30～35度，如附图13所示，根部间隙为10～12mm。下内环板310与下圆管柱300若直接采用自然角度进行焊接，焊接坡口角B可到53度，如附图12所示，焊缝填充量过大。通过上述设置，能够大大降低焊缝的焊接填充金属，从而保证焊接的质量。反坡口又称内坡口，开内坡口，可以减少焊缝的熔敷金属，焊接操作方便。下内环板310与下圆管柱300的管壁的坡口角度保持在30～35度，通过人为的加工出坡口的角度，能够减少控制焊缝填充量，进而减小焊接变形。此处采用半自动切割机开设反坡口，保证实际焊接坡口角A为30～35度，根部间隙为10～12mm。

本实施例进一步地，圆管焊接之前还包括圆管定位，如附图9所示，上圆管柱200与下圆管柱300的焊缝处沿周向均匀的设置4～6道环焊焊接马板450用来控制焊接变形，环焊焊接马板450中心过焊孔半径45～55mm，厚度15～22mm，例如可以是18mm，采用焊脚尺寸8～10的角焊缝与上圆管柱200和下圆管柱300围焊。根据加工图纸尺寸要求，放地样对接两端圆管，焊接前需检查槽口位置尺寸及对接角度，并在环焊缝处沿周向均匀的设置4～6道环焊焊接马板450，控制焊接变形。环焊焊接马板450中心过焊孔半径50mm，厚度16～20mm，采用焊脚尺寸8～10的角焊缝与上圆管柱200和下圆管柱300围焊。通过环焊焊接马板450能够对上圆管柱200和下圆管柱300之间的角度和位置进行定位和限定，从而保证焊接时其结合不会发生改变，保证了焊接后的节点的形状和大小与设计一致，提高了节点焊接的成品率。

本发明提供一种空间异形圆管节点制作工艺，采用这种工艺生产，空间异形圆管节点制作工程中工艺形变量小，加工尺寸和实际产品的尺寸和形状基本完全一致，所需的后续加工程序少，大大提高了空间异形圆管节点的生产效率。而且由于插板100、上内环板210和下内环板310的依次焊接，使得整个节点中受到的内应力依次释放出来，整个节点的应力集中较小，使本空间异形圆管节点更加耐用和牢固，不会因为受力不集中而导致应力集中爆发从而损坏空间异形圆管节点。综上，本发明提供空间异形圆管节点制作工艺，通过合理的切割设计、坡口设计、焊接变形控制及装配顺序，保证了构件制作精度，提高了构件加工效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空间异形圆管节点，其特征在于，包括上圆管柱、下圆管柱、插板、上内环板、下内环板、上外环板、下外环板、腹板和封板，所述上圆管柱与所述下圆管柱对接，所述上圆管柱的轴心线与所述下圆管柱的轴心线的夹角为110－135度，

所述插板插入所述上圆管柱和所述下圆管柱内，所述上圆管柱和所述下圆管柱的侧壁设有通槽，两条所述通槽相对设置，所述插板插设在所述通槽内，

所述上内环板设置在所述上圆管柱的端口，所述上内环板水平设置，所述上内环板包括两个第一半圆形板，两个所述第一半圆形板分别设置在所述插板的两侧，所述第一半圆形板的弧形边缘与所述上圆管柱的内壁焊接，所述第一半圆形板的直线边缘与所述插板焊接，所述下内环板设置在所述上圆管柱与所述下圆管柱之间且与所述上内环板平行，所述下内环板包括两个第二半圆形板，两个所述第二半圆形板分别设置在所述插板的两侧，所述第二半圆形板的直线边缘与所述插板焊接，所述第二半圆形板的弧线边缘的一部分与所述上圆管柱的内壁焊接，所述第二半圆形板的弧线边缘的其余部分与所述下圆管柱的内壁焊接，

所述插板与所述上内环板和所述下内环板均垂直，所述封板设置在所述下圆管柱内，所述封板与所述插板的端部焊接，所述封板与所述插板垂直，所述上外环板套设在所述上圆管柱的外侧，所述上外环板与所述上内环板齐平，所述下外环板套设在所述上圆管柱和所述下圆管柱的外侧，所述下外环板与所述下内环板齐平，所述上外环板和所述下外环板之间夹设有多个腹板。

2.根据权利要求1所述的空间异形圆管节点，其特征在于，所述上圆管柱和所述下圆管柱的外径为800￣850mm，壁厚为36￣100mm。

3.根据权利要求1所述的空间异形圆管节点，其特征在于，所述上内环板和所述下内环板的板厚小于或等于120mm。

4.根据权利要求1所述的空间异形圆管节点，其特征在于，所述下内环板与所述下圆管柱的倾角小于或等于53度。

5.根据权利要求1所述的空间异形圆管节点，其特征在于，多个所述腹板环形阵列在所述上圆管柱的外侧。

6.根据权利要求1所述的空间异形圆管节点，其特征在于，还包括加强环，所述加强环设置在所述下圆管柱内，所述加强环贴合所述下圆管柱的端口设置。

7.一种权利要求1－6任意一项所述的空间异形圆管节点的加工工艺，其特征在于，包括

圆管下料，切割出上圆管柱、下圆管柱的相贯口和通槽，切割通槽时，靠近所述上圆管柱的端口处预留150￣50mm不开槽段，在不开槽段的端口焊接马板，

圆管焊接，对接所述上圆管柱和所述下圆管柱的相贯口，在相贯口环焊，环焊缝焊接采用手工CO2气保焊焊接，焊前预热温度100℃￣120℃，焊接层间温度控制在120￣250℃，

插板拼装，上圆管柱与下圆管柱焊接完后，将上圆管柱的不开槽段开通槽口，插板插入所述通槽，先将插板与上圆管柱的槽口处采取衬垫焊接，根部间隙为6￣8mm，然后再进行插板与上圆管柱和下圆管柱的焊接，

内环板焊接，上内环板和下内环板定位完成后，采用手工气体保护焊依次完成下内环板、上内环板与下圆管柱、上圆管柱及插板的焊接，焊前预热温度100℃￣120℃，焊接层间温度控制在120￣250℃，

配件安装，先装配上外环板和下外环板，然后装配腹板及封板零件，再进行焊接，焊接方法为CO2气体保护焊。

8.根据权利要求7所述的空间异形圆管节点的加工工艺，其特征在于，所述内环板焊接之前，还包括焊接预处理，所述下内环板与下圆管柱为渐变对接，所述下内环板设反坡口，焊接坡口角度为30￣35度，根部间隙为10￣12mm。

9.根据权利要求7所述的空间异形圆管节点的加工工艺，其特征在于，所述圆管焊接之前还包括圆管定位，所述上圆管柱与所述下圆管柱的焊缝处沿周向均匀的设置4￣6道环焊焊接马板450用来控制焊接变形，所述环焊焊接马板450中心过焊孔半径45￣55mm，厚度15￣22mm，采用焊脚尺寸8￣10的角焊缝与所述上圆管柱和所述下圆管柱围焊。

10.根据权利要求9所述的空间异形圆管节点的加工工艺，其特征在于，所述环焊焊接马板450中心过焊孔半径50mm，厚度19mm。