CN111877561A - 一种花环齿槽型铝合金组合节点 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种花环齿槽型铝合金组合节点，属于土木工程技术领域，节点由上下盖板及花环齿槽体组成，上下盖板的平面形状为圆形，花环齿槽体由中间圆环柱以及辐射状悬臂齿槽组成。花环齿槽体在各辐射状悬臂齿槽上预开孔，与铝合金工字梁腹板上的孔通过不锈钢螺栓连接。上下盖板的预开孔与铝合金工字梁的上下翼缘孔通过不锈钢螺栓连接，铝合金工字梁之间通过这种节点相连形成网壳结构。本发明能有效提高传统板式节点的承载力，尤其是抗剪承载力。可用于更大跨度的单层铝合金网壳结构，其构造方式也适用于钢结构网壳。

Description

一种花环齿槽型铝合金组合节点
技术领域
本发明属于土木工程中的大跨空间结构领域，具体涉及一种花环齿槽型铝合金组合节点。
背景技术
在单层铝合金网壳中，板式节点（图5）是最常见的节点形式之一。由于现有铝合金板式节点仅连接Ｈ型铝合金梁的上下翼缘，而腹板在节点域内是不连续的，因此板式节点仅依靠上下盖板传递节点所承受的弯矩和剪力，直接导致节点的抗剪承载力及整体稳定性不足，经大量试验研究表明其破坏形式多为节点处杆件腹板出现屈曲变形而破坏，因此其平面内的局部稳定性有待提高。针对板式节点的不足，马会环等提出了一种板柱式节点（图6），在板式节点的基础上增加了中间多边形圆环柱，铝合金工字梁在端部设置端板，然后通过端板与多边形圆环柱进行螺栓连接。由于工字梁腹板与圆环柱的有效连接，板柱式节点整体性能较板式节点有所提高，但是仅在端部约束工字梁腹板，当梁截面高度较大时，仍无法在节点内对工字梁腹板提供足够的侧向约束，同时在实际工程中网壳外形多为曲面，节点处杆件均存在调整角度，柱板节点通过设置工字梁端板与中心多边形圆环柱连接，端部连接圆柱在设计和施工时不易调整角度。为有效提高铝合金网壳结构的整体稳定性和应用范围，提出一种力学性能更佳的铝合金节点势在必行。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种花环齿槽型铝合金组合节点，在传统板式节点的基础上，增加了花环齿槽体，主要依靠上下盖板传递弯矩，花环齿槽体辐射状悬臂齿槽与铝合金梁的腹板连接后传递剪力，同时花环齿槽体又可有效地防止节点域内的工字梁腹板发生屈曲变形而破坏。与传统板式节点相比，花环齿槽型铝合金组合节点具有各部分受力明确，整体刚度大，在保证平面外稳定性的同时，平面内的稳定性也有很大程度的提升，且保留了传统板式节点构造简单的特点。与柱板式节点相比，对节点内工字梁腹板的侧向约束得到了提升，而且通过调整花环齿槽体辐射状悬臂齿槽与工字梁腹板连接螺栓的位置就可以实现对网壳杆件角度的调整，设计和施工效率大大提高。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种花环齿槽型铝合金组合节点，由上下圆形盖板及花环齿槽体三部分构成，其中花环齿槽体由中间圆环柱以及外围的辐射状悬臂齿槽组成，辐射状悬臂齿槽预开孔槽与工字梁腹板进行螺栓连接，也可根据受力需要，在辐射状悬臂齿槽之间设置水平扇形加劲板，提高节点平面内的稳定性，上下圆形盖板在与工字梁翼缘对应位置预先开孔，然后与工字梁翼缘进行螺栓连接。
节点的开孔数量可以根据设计强度要求自行设计数量和排数。节点上下盖板在与工字梁翼缘连接处至少设置两列螺栓孔，同时辐射状悬臂齿槽与工字梁腹板连接处应设置至少两列开孔。
本发明所述的环齿槽型铝合金组合节点的材料，主要是在纯铝中加入铜、镁、锰、硅等元素制成的铝合金，在预制工厂开设膜具，一体化铸造形成节点的花环齿槽体及上下圆形盖板，然后开孔。
本发明的有益效果是：
（1）花环齿槽型铝合金组合节点的传力途径明确，上下盖板主要传递铝合金梁的上下翼缘产生的弯矩，花环齿槽体的四周伸臂齿槽主要传递铝合金梁腹板产生的剪力。
（2）由于花环齿槽体与工字梁的腹板紧密连接，花环齿槽型铝合金组合节点的整体刚度明显提高，经有限元对比分析，花环齿槽型铝合金组合节点的平面外弯曲刚度，比传统板式节点提高16%，平面内弯曲刚度提高30%，抗剪承载力提高35%。
（3）花环齿槽型铝合金组合节点的构造形式多样，当网壳结构对于节点平面内刚度较为敏感时，可通过在花环齿槽体增加横向扇形加劲板来提高节点域的平面内刚度。
（4）花环齿槽型铝合金组合节点在设计施工时，可通过改变花环齿槽体的四周伸臂齿槽与工字梁腹板螺栓孔的位置来实现网壳杆角度的调整，便于实现整体网壳的曲面外形。
附图说明
图1 为花环齿槽型铝合金组合节点总体构造图。
图2 为花环齿槽体示意图。
图3 为花环齿槽体与工字梁腹板之间的连接示意图。
图4 为花环齿槽体内增设横向扇形加劲板示意图。
图5 为现有的铝合金板式节点示意图。
图6 为现有的铝合金柱板节点示意图。
附图标记列表：
1.铝合金工字梁；2.上下圆形盖板；3.花环齿槽体；4.不锈钢螺栓；5.悬臂齿槽；6.中间圆环柱；7.螺栓孔，8.横向扇形加劲板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
实施例1
当传统板式节点无法满足大跨度铝合金网壳结构对高承载力的要求时，可采用力学性能更佳的花环齿槽型铝合金组合节点。其构造如图1所示，节点由上、下圆形盖板2及花环齿槽体3三部分构成。具体安装步骤为：将工厂制作并预先开孔的上下圆形盖板2、花环齿槽体3及铝合金工字梁1运至施工现场，先将花环齿槽体3通过不锈钢螺栓4与工字梁1的腹板连接，再将上下盖板2与工字梁1的翼缘通过不锈钢螺栓连接，便形成整体网壳结构。
实施例2
与三向网格结构相比，双向网格的单层铝合金网壳的单片网格由四边形组成，铝合金梁的连接节点平面内的刚度，对整体网壳的稳定性尤为重要，此时若采用本发明的花环齿槽型铝合金组合节点，可以通过在花环齿槽体内增设横向扇形加劲板（图4）来进一步提高节点平面内的刚度。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (8)

1.一种花环齿槽型铝合金组合节点，其特征在于：节点由上下圆形盖板及花环齿槽体三部分构成。
2.根据权利要求1所述的花环齿槽型铝合金组合节点，其特征在于：所述花环齿槽体由中间圆环柱以及外围的辐射状悬臂齿槽组成，其中悬臂齿槽壁上预开孔，铝合金工字梁腹板插入辐射状悬臂齿槽内，所述悬臂齿槽与铝合金工字梁腹板孔通过不锈钢螺栓连接。
3.根据权利要求2所述的花环齿槽型铝合金组合节点，其特征在于：所述悬臂齿槽的数量为4-8个，均匀设置在中间圆环柱侧面。
4.根据权利要求2所述的花环齿槽型铝合金组合节点，其特征在于：所述上下圆形盖板与铝合金工字梁翼缘通过不锈钢螺栓连接。
5.根据权利要求4所述的花环齿槽型铝合金组合节点，其特征在于：所述上下圆形盖板在与铝合金工字梁翼缘接触处至少设置两排螺栓孔，花环齿槽体的辐射状悬臂齿槽与其接触的铝合金工字梁腹板处至少设置两列螺栓孔。
6.根据权利要求1所述的花环齿槽型铝合金组合节点，其特征在于：所述花环齿槽体外侧设置横向扇形水平加劲板。
7.根据权利要求1所述的花环齿槽型铝合金组合节点，其特征在于：上下圆形盖板及花环齿槽体的材质均为铝合金材质。
8.根据权利要求1所述的花环齿槽型铝合金组合节点的安装工艺，其特征在于：包括以下步骤：
将工厂制作并预先开孔的上下圆形盖板、花环齿槽体及铝合金工字梁运至施工现场，先将花环齿槽体通过不锈钢螺栓与铝合金工字梁的腹板连接，再将上下盖板与铝合金工字梁的翼缘通过不锈钢螺栓连接，便形成整体网壳结构。
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