CN110468970A - 一种大跨度装配式十字型万向耗能连接节点 - Google Patents
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Abstract
一种大跨度装配式十字型万向耗能连接节点,属于大跨度空间钢结构领域。它包括焊接空心球和连接组件,连接组件包括外伸连接段、节点端板,杆件端板,中间板,中间耳板,侧耳板,凹型半圆连接件,凸型半圆连接件,长螺栓,销轴,圆形钢垫板,圆弧钢垫板,高强螺栓以及杆件。外伸连接段分别与焊接空心球和节点端板焊接,杆件端板与杆件焊接,凹、凸型半圆连接件之间通过高强螺栓连接,中间耳板与侧耳板通过销轴连接,中间板分别与节点端板、杆件端板通过长螺栓连接。本发明为了解决现有焊接空心球节点需要现场焊接施工,耗能性能和方向适应性差等不足。
Description
技术领域
本发明涉及一种大跨度装配式十字型万向耗能连接节点,属于大跨度空间钢结构领域。
背景技术
大跨度空间钢结构因具有跨度大、结构形式多样、造型优美和符合当代建筑设计要求等独特优势受到人们的青睐,近几年来得到了迅速的发展,应用在一些大型的公共建筑中。我国建筑业正在向绿色化、工业化、信息化转型,特别是多高层装配式建筑的研发与应用成效显著,但是相比之下,大跨度空间钢结构缺乏整体装配体系。因此,创新研发新型整体装配式大跨度空间钢结构,是大跨度空间钢结构领域迫切需要解决的关键问题,其中,新型大跨度空间钢结构装配式连接节点的研发是需要解决的核心问题。现有大跨度空间钢结构的大多数节点连接方式为焊接,没有高精度的装配式节点,耗能性能不足,且方向适应性差。因此,迫切需要研发一种适用于大跨度空间钢结构且具有良好耗能性能的装配式连接节点。
发明内容
本发明为了解决现有大跨度空间钢结构节点中采用的焊接形式无法应用于标准化程度高的整体装配式大跨度空间钢结构,且焊接形式节点施工质量难以保证、耗能能力差等问题,进而提出一种可拆卸式、耗能能力强的大跨度装配式十字型万向耗能连接节点。
本发明为解决上述问题而采用的技术方案是:一种大跨度装配式十字型万向耗能连接节点,其特征在于:包括焊接空心球1和N个连接组件16,其中连接组件16包括:外伸段连接钢管2、节点端板3、杆件端板4、中间板5、两个中间耳板6、四个侧耳板7、四个凹型半圆连接件8、四个凸型半圆连接件9、长螺栓10、销轴11、四个圆弧钢垫板12、四个圆形钢垫板13、高强螺栓14以及杆件15;其中一个中间耳板6的一端焊接在节点端板3一个端面上,节点端板3的另一端面与外伸段连接钢管2焊接连接;另外一个中间耳板6的一端焊接在杆件端板4的一个端面上,杆件端板4的另一端面与杆件15焊接连接;每个中间耳板6两侧分别对称焊接两个凹型半圆连接件8;中间板5两端面分别焊接有两个侧耳板7,且中间板5两个端面上侧耳板7的布置方向相互垂直;四个凸型半圆连接件9分别焊接连接在四个侧耳板7外侧;节点端板3和杆件端板4上的两个中间耳板6分别通过销轴11与中间板5两侧的两个侧耳板7连接;凹型半圆连接件8与凸型半圆连接件9相配合的圆弧段通过高强螺栓14连接;中间板5分别与节点端板3、杆件端板4通过长螺栓10连接。
进一步,所述中间耳板(6)的厚度和两个并排布置的侧耳板(7)之间的距离相等。进一步,所述中间耳板(6)加工有与销轴(11)直径相同的中间耳板连接孔(6-1);侧耳板(7)加工有与销轴(11)直径相同的侧耳板连接孔(7-1),销轴(11)穿过圆形钢垫板(13)、中间耳板连接孔(6-1)、侧耳板连接孔(7-1)。进一步,所述节点端板(3)、杆件端板(4)以及中间板(5)为等直径圆形钢板。进一步,凹型半圆连接件(8)与凸型半圆连接件(9)上凹、凸圆弧段相配合,且两圆弧段分别位于以销轴中心为圆心,半径差为两连接板厚之和的一半的同心圆上。进一步,凹型半圆连接件(8)上圆弧段板加工有凹型半圆连接孔(8-1),与此对应,凸型半圆连接件(9)上圆弧段加工有凸型半圆连接长圆孔(9-1),圆弧钢垫板(12)上加工有圆弧钢垫板连接孔(12-1),高强螺栓(14)依次穿过凹型半圆连接孔(8-1)、凸型半圆连接长圆孔(9-1)、圆弧钢垫板连接孔(12-1),将凹型半圆连接件(8)、凸型半圆连接件(9)、圆弧钢垫板(12)连接。进一步,节点端板(3)上加工有节点端板连接孔(3-1)、杆件端板(4)上加工有杆件端板连接孔(4-1),中间板(5)上加工有中间板连接孔(5-1)。进一步,长螺栓(10)预先分别从节点端板(3)、杆件端板(4)一侧穿入,另一侧分别用螺母固定拧紧,之后节点端板(3)、杆件端板(4)再分别与外伸段连接钢管(2)、杆件(15)焊接连接,再将长螺栓(10)穿过中间板连接孔(5-1),并用螺母拧紧。
本发明的有益效果是:
本发明中设计了一种新型的耗能阻尼器,即凹型半圆连接件、凸型半圆连接件以及圆弧钢垫板通过高强螺栓构成的构件整体,凸型半圆连接件开有长圆孔,使节点受到震动时产生低周往复运动不断消耗地震产生的能量,同时连接处采用的长螺栓可以提供预拉力,使节点整体性更强,在地震中,长螺栓充当第一重保护措施,当结构所在地发生较小破坏时,长螺栓首先屈服,后面阻尼器将产生作用,以弥补长螺栓破坏后对结构抗震性的损失。当结构所在地发生较大破坏时,长螺栓首先被拉断,而凹、凸型半圆连接处由于可以发生相对转动,一般不会发生严重的破坏。阻尼器和长螺栓组合起来的连接节点的抗震效果比较优异,破坏主要发生在长螺栓上,保护了节点的主连接区,使连接节点不至于整体发生破坏。
本发明中连接板两端侧耳板布置方向相互垂直,连接方式类似于结构中常用的十字万向铰,使连接节点在水平和竖直两个方向均可以发生相对转动。从而可以同时吸收来自水平和竖直方向的地震能量,实现耗能的万向性。
本发明所述连接节点的各个部件均为标准化构件,构件之间的焊接连接可以在工厂完成,在施工现场只需完成拼装和螺栓连接,实现全干式连接,而且现场安装工艺简单,方便快捷,对工人技术要求较低,实现全装配可拆卸重组化,并节约工期,降低成本。
本发明保留了常用焊接空心球节点的焊接空心球,有利于实现大跨度空间结构中一些常用的附属构件在焊接空心球圆周表面的定位连接和方向调整,如斜索耳板、中心撑杆等。
本发明大跨度装配式十字型万向耗能连接节点的抗震耗能连接形式为半刚性形式,节点连接处在地震中可以发生相对转动,降低了地震对节点的破坏,提高了结构的抗震性能。
本发明大跨度装配式十字型万向耗能连接节点的所有连接形式均是在圆管所在直径截面内完成,待节点连接完成后,可在连接节点外侧做适当装饰,不影响结构整体美观。
本发明大跨度装配式十字型万向耗能连接节点设置了多条抗震防线,在地震中可以对节点连接主体进行多重保护,提高了节点连接的可靠性。
本发明大跨度装配式十字型万向耗能连接节点中充当第一重保护措施的长螺栓在发生明显屈服破坏后可对其进行更换,使得节点在修复后可以在结构中继续使用,能极大的降低震后的修复成本。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明连接组件16的结构示意图。
图3为本发明焊接空心球1、外伸段连接钢管2、节点端板3、中间耳板6、长螺栓10及凹型半圆连接件8焊接完成示意图。
图4为本发明中间板5、侧耳板7及凸型半圆连接件9焊接完成示意图。
图5为本发明杆件端板4、中间耳板6、凹型半圆连接件8、长螺栓10及杆件15焊接完成示意图。
图6为本发明凹型半圆连接件8示意图。
图7为本发明凸型半圆连接件9示意图。
图8为本发明节点端板3或杆件端板4示意图
图9为本发明中间板5示意图。
图10为本发明圆弧钢垫板12示意图。
图11为本发明圆形钢垫板13示意图。
具体实施方式
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、完整的描述,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明的实施例,本领域技术人员在没有做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。
为了便于查看说明书附图里面的各个附图标记,现对说明书附图里出现的附图标记统一说明如下:
1为焊接空心球,2为外伸段连接钢管,3为节点端板,3-1为节点端板连接孔,4为杆件端板,4-1为杆件端板连接孔,5为中间板,5-1为中间板连接孔,6为中间耳板,6-1为中间耳板连接孔,7为侧耳板,7-1为侧耳板连接孔,8为凹型半圆连接件,8-1为凹型半圆连接孔,9为凸型半圆连接件,9-1为凸型半圆连接长圆孔,10为长螺栓,11为销轴,12为圆弧钢垫板,12-1为圆弧钢垫板连接孔,13为圆形钢垫板,14为高强螺栓,15为杆件,16为连接组件。
具体实施方式一:结合图1-图11说明本实施方式,本实施方式所述一种大跨度装配式十字型万向耗能连接节点,所述其中一个中间耳板6的一端焊接在节点端板3一个端面上,节点端板3的另一端面与外伸段连接钢管2焊接连接。另外一个中间耳板6的一端焊接在杆件端板4的一个端面上,杆件端板4的另一端面与杆件15焊接连接。两个中间耳板6两侧分别对称焊接两个凹型半圆连接件8。中间板5两端面分别焊接有两个侧耳板7,且中间板5两个端面上侧耳板7的布置方向相互垂直。四个凸型半圆连接件9分别焊接连接在四个侧耳板7外侧。节点端板3和杆件端板4上的两个中间耳板6分别通过销轴11与中间板5两侧的两个侧耳板7连接。凹型半圆连接件8与凸型半圆连接件9相配合的圆弧段通过高强螺栓14连接。中间板5分别与节点端板3、杆件端板4通过长螺栓10连接。
具体实施方式二:结合图1说明本实施方式,本实施方式所述一种大跨度装配式十字型万向耗能连接节点,所述N个连接组件16根据位置和方向需要固定安装在焊接空心球1的外圆面上。所述N的具体数值根据实际结构节点所连接的杆件数量选取。
具体实施方式三:结合图3说明本实施方式,本实施方式所述一种大跨度装配式十字型万向耗能连接节点,长螺栓10预先从节点端板3一侧穿入,另一侧用螺母固定拧紧,之后外伸段连接钢管2两端分别与焊接空心球1、节点端板3焊接连接,随后,在节点端板3外露端面中心焊接中间耳板6,中间耳板6加工有与销轴11直径相同的中间耳板连接孔6-1,中间耳板6两侧分别焊接有凹型半圆连接件8,且半圆弧段位于以中间耳板连接孔6-1中心为圆心的同心圆上,凹型半圆连接件8半圆弧段钢板加工有凹型半圆连接孔8-1,上述过程在预制工厂加工完成。
具体实施方式四:结合图4说明本实施方式,本实施方式所述一种大跨度装配式十字型万向耗能连接节点,中间板5为与节点端板3、杆件端板4直径相同的圆形钢板,首先在中间板5其中一端面中心对称焊接两个侧耳板7,且两个侧耳板7之间的距离与中间耳板6厚度相同,侧耳板7加工有与销轴11直径相同的侧耳板连接孔7-1,同样,在中间板5另一端面,与上述两个侧耳板7垂直方向,并排焊接另外两个侧耳板7,四个侧耳板7外侧分别焊接有凸型半圆连接件9,且半圆弧段位于以侧耳板连接孔7-1中心为圆心的同心圆上,凸型半圆连接件9圆弧段钢板加工有凸型半圆连接长圆孔9-1,上述过程在预制工厂加工完成。
具体实施方式五:结合图5说明本实施方式,本实施方式所述一种大跨度装配式十字型万向耗能连接节点,长螺栓10预先分别从杆件端板4一侧穿入,另一侧用螺母固定拧紧,之后杆件端板4与杆件15焊接连接,随后,在杆件端板4外露端面中心焊接中间耳板6,中间耳板6加工有与销轴11直径相同的中间耳板连接孔6-1,中间耳板6两侧焊接凹型半圆连接件8,且半圆弧段位于以中间耳板连接孔6-1中心为圆心的同心圆上,凹型半圆连接件8上圆弧段钢板加工有凹型半圆连接孔8-1,上述过程在预制工厂加工完成。
具体实施方式六:结合图2-图5说明本实施方式,本实施方式所述一种大跨度装配式十字型万向耗能连接节点现场装配过程,将节点端板3、杆件端板4上预先焊接的中间耳板6分别插入中间板5两侧的两个侧耳板7之间,同时,将节点端板3、杆件端板4上的长螺栓10分别穿入中间板5预留的中间板连接孔5-1中,待角度调整完成后,用销轴11将中间耳板6、侧耳板7以及圆形钢垫板13连接成为整体。随后,将圆弧钢垫板12分别放入凸型半圆连接件9圆弧段钢板内侧,用高强螺栓14将凹型半圆连接件8、凸型半圆连接件9以及圆弧钢垫板12连接成为整体,并施加预紧力。最后,拧紧中间板5两侧长螺栓10上的螺母至设计预紧力,此时节点装配完成。
在本实施例的一种大跨度装配式十字型万向耗能连接节点中,可以根据各地地震烈度的不同,合理改变节点形式,如长螺栓的个数,高强螺栓的个数,预施加的预应力大小,节点端板、中间板、杆件端板的厚度,凹、凸型半圆连接件的厚度和宽度等,这些参数都可以根据各地情况分别设计,结构修改方便,基本上都是在工厂完成,现场施工简单。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种大跨度装配式十字型万向耗能连接节点,其特征在于:包括焊接空心球(1)和N个连接组件(16),其中连接组件(16)包括:外伸段连接钢管(2)、节点端板(3)、杆件端板(4)、中间板(5)、两个中间耳板(6)、四个侧耳板(7)、四个凹型半圆连接件(8)、四个凸型半圆连接件(9)、长螺栓(10)、销轴(11)、四个圆弧钢垫板(12)、四个圆形钢垫板(13)、高强螺栓(14)以及杆件(15);其中一个中间耳板(6)的一端焊接在节点端板(3)一个端面上,节点端板(3)的另一端面与外伸段连接钢管(2)焊接连接;另外一个中间耳板(6)的一端焊接在杆件端板(4)的一个端面上,杆件端板(4)的另一端面与杆件(15)焊接连接;每个中间耳板两侧分别对称焊接两个凹型半圆连接件(8);中间板(5)两端面分别焊接有两个侧耳板,且中间板(5)两个端面上侧耳板(7)的布置方向相互垂直;四个凸型半圆连接件(9)分别焊接连接在四个侧耳板(7)外侧;节点端板(3)和杆件端板(4)上的两个中间耳板(6)分别通过销轴(11)与中间板(5)两侧的两个侧耳板(7)连接;凹型半圆连接件(8)与凸型半圆连接件(9)相配合的圆弧段通过高强螺栓(14)连接;中间板(5)分别与节点端板(3)、杆件端板(4)通过长螺栓(10)连接。
2.根据权利要求1所述一种大跨度装配式十字型万向耗能连接节点,其特征在于:所述中间耳板(6)的厚度和两个并排布置的侧耳板(7)之间的距离相等。
3.根据权利要求1所述一种大跨度装配式十字型万向耗能连接节点,其特征在于:所述中间耳板(6)加工有与销轴(11)直径相同的中间耳板连接孔(6-1);侧耳板(7)加工有与销轴(11)直径相同的侧耳板连接孔(7-1),销轴(11)穿过圆形钢垫板(13)、中间耳板连接孔(6-1)、侧耳板连接孔(7-1)。
4.根据权利要求1所述一种大跨度装配式十字型万向耗能连接节点,其特征在于:所述节点端板(3)、杆件端板(4)以及中间板(5)为等直径圆形钢板。
5.根据权利要求1所述一种大跨度装配式十字型万向耗能连接节点,其特征在于:凹型半圆连接件(8)与凸型半圆连接件(9)上凹、凸圆弧段相配合,且两圆弧段分别位于以销轴中心为圆心,半径差为两连接板厚之和的一半的同心圆上。
6.根据权利要求3所述一种大跨度装配式十字型万向耗能连接节点,其特征在于:凹型半圆连接件(8)上圆弧段板加工有凹型半圆连接孔(8-1),与此对应,凸型半圆连接件(9)上圆弧段加工有凸型半圆连接长圆孔(9-1),圆弧钢垫板(12)上加工有圆弧钢垫板连接孔(12-1),高强螺栓(14)依次穿过凹型半圆连接孔(8-1)、凸型半圆连接长圆孔(9-1)、圆弧钢垫板连接孔(12-1),将凹型半圆连接件(8)、凸型半圆连接件(9)、圆弧钢垫板(12)连接。
7.根据权利要求1所述一种大跨度装配式十字型万向耗能连接节点,其特征在于:节点端板(3)上加工有节点端板连接孔(3-1)、杆件端板(4)上加工有杆件端板连接孔(4-1),中间板(5)上加工有中间板连接孔(5-1)。
8.根据权利要求7所述一种大跨度装配式十字型万向耗能连接节点,其特征在于:长螺栓(10)预先分别从节点端板(3)、杆件端板(4)一侧穿入,另一侧分别用螺母固定拧紧,之后节点端板(3)、杆件端板(4)再分别与外伸段连接钢管(2)、杆件(15)焊接连接,再将长螺栓(10)穿过中间板连接孔(5-1),并用螺母拧紧。
9.根据权利要求1所述一种大跨度装配式十字型万向耗能连接节点,其特征在于:该连接节点也可以只在中间板(5)的其中一个端面焊接侧耳板(7),另一端面直接与杆件(15)焊接连接,此时中间板连接孔(5-1)加工有内螺纹,长螺栓上预先拧入的螺母拧至螺杆中间后与螺杆焊接成整体,最后通过扳手旋转螺杆中间的螺母,将螺杆拧入中间板连接孔(5-1),实现连接节点单方向耗能连接。
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