CN112227606A - 一种钢结构套筒高强螺栓连接结构及其加工方法 - Google Patents

Abstract

发明提供一种钢结构套筒高强螺栓连接结构及其加工方法。所述加工方法包括设计预制套筒的结构及尺寸、选取钢材、切割坯料、钻设连接孔、攻出内螺纹、工厂预制方钢管柱和连接板、内嵌预制套筒以及连接板与方钢管柱对接等步骤。该方法大幅提高了抗拉强度和屈服强度，保证了连接结构强度。

Description

一种钢结构套筒高强螺栓连接结构及其加工方法

技术领域

本发明涉及建筑领域，特别涉及一种钢结构套筒高强螺栓连接结构。

背景技术

预制构件通过连接节点组成结构体系，广泛使用于建筑结构中。现有柱与连接板的连接方法为焊接，但是焊接热影响区力学性能差，大震中容易发生断裂，质量难以保证，而且焊接所需的时间长，高人工、高能耗严重制约了施工进度，耗费人力物力。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢结构套筒高强螺栓连接结构及其加工方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种钢结构套筒高强螺栓连接结构，包括预制套筒、高强螺栓、方钢管柱和连接板。

所述方钢管柱的侧壁上具有若干套合定位孔。所述套合定位孔为台阶孔。所述台阶孔包括大孔段和小孔段。所述大孔段具有内螺纹Ⅰ。

所述预制套筒沿轴线方向开设有供高强螺栓螺杆插入的连接孔。所述连接孔的周向设置有内螺纹Ⅱ。所述预制套筒外侧设有与内螺纹Ⅰ相匹配的外螺纹。所述预制套筒旋入套合定位孔的大孔段。

所述连接板板面上设置有与套合定位孔相适配的通孔。所述连接板与方钢管柱对接。高强螺栓依次穿过通孔和小孔段后，旋入连接孔。

本发明还公开一种关于上述连接结构的加工方法，包括以下步骤：

1)设计预制套筒的结构及尺寸。其中，所述预制套筒沿轴线方向开设有供高强螺栓螺杆插入的连接孔。所述连接孔的周向设置有内螺纹Ⅱ。预制套筒的外径

d₀为套筒外径，mm。f_u为螺杆抗拉强度，N/mm²。f为套筒钢材的抗拉强度设计值，N/mm²。d₁为螺栓螺纹内径，mm。d₂为螺栓螺纹外径，mm。

2)选取钢材，并将钢材切割成定长的圆柱坯料。

3)在圆柱坯料上钻设出连接孔。

4)在连接孔周向加工内螺纹Ⅱ，在圆柱坯料外表面加工外螺纹。所述内螺纹Ⅱ与高强螺栓螺杆外部的外螺纹相适配。内螺纹Ⅱ的螺纹长度

式中，b为螺纹齿根宽度，mm。n为螺纹圈数。

5)工厂预制方钢管柱和连接板。所述方钢管柱侧壁沿纵向长度方向设置有多组套合定位孔。所述连接板板面上设置有与套合定位孔相适配的通孔。

6)将预制套筒置于方钢管柱内腔中，并旋入套合定位孔的大孔段。

7)连接板与方钢管柱对接。高强螺栓依次穿过通孔和小孔段后，旋入连接孔。

进一步，所述方钢管柱采用4块平直连接板焊接而成。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：

A.受力传力更加合理；

B.大幅提高了抗拉强度和屈服强度，保证了连接结构强度；

C.加快施工进度。

附图说明

图1为连接结构示意图；

图2为预制套筒结构示意图；

图3为套合定位孔示意图。

图中：预制套筒1、连接孔101、内螺纹Ⅱ102、外螺纹103、高强螺栓2、方钢管柱3、套合定位孔301、内螺纹Ⅰ3011、连接板4、通孔401。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

参见图1，一种钢结构套筒高强螺栓连接结构，包括预制套筒1、高强螺栓2、方钢管柱3和连接板4。

所述方钢管柱3的侧壁上具有若干套合定位孔301。所述套合定位孔301为台阶孔。所述台阶孔包括大孔段和小孔段。所述台阶孔的大孔段靠近方钢管柱3内腔，小孔段朝向方钢管柱3外侧。所述大孔段具有内螺纹Ⅰ3011。

参见图2，所述预制套筒1沿轴线方向开设有供高强螺栓2螺杆插入的连接孔101。所述连接孔101的周向设置有内螺纹Ⅱ102。所述预制套筒1外侧设有与内螺纹Ⅰ3011相匹配的外螺纹103。所述外螺纹103与螺杆外螺纹的螺旋线绕行方向相反。

所述预制套筒1旋入套合定位孔301的大孔段。

参见图3，所述连接板4板面上设置有与套合定位孔301相适配的通孔401。所述连接板4与方钢管柱3对接。高强螺栓2依次穿过通孔401和小孔段后，旋入连接孔101。

实施例2：

本实施例公开一种关于实施例1所述连接结构的加工方法，包括以下步骤：

1)设计预制套筒1的结构及尺寸。其中，所述预制套筒1沿轴线方向开设有供高强螺栓2螺杆插入的连接孔101。所述连接孔101的周向设置有内螺纹Ⅱ102。内螺纹和外螺纹为三角形螺纹。

假设破坏发生在螺纹齿的中部，考虑螺纹的剪应力来计算套筒螺纹的长度L(单位：毫米mm)。取螺杆抗拉强度f_u(单位：兆帕N/mm²),钢筋抗剪强度f_v(单位：兆帕N/mm²)，f_u和f_v由所用钢材的强度来确定，通常取

螺栓螺纹内直径d₁(单位：毫米mm)；螺栓螺纹外直径d₂(单位：毫米mm)；螺纹齿根宽度b(单位：毫米mm)；螺纹圈数n(单位：1)。

通过计算可知：若破坏发生在螺纹根部，破坏形式为螺杆拉断，则可承受拉力

(单位：牛N)；若破坏发生在螺纹齿，破坏形式为螺纹的受剪破坏，则螺纹可承受沿螺栓纵向的剪力

(单位：牛N)；考虑螺纹受剪破坏不先于螺杆受拉破坏发生，令F等于V，可得

则套筒螺纹的长度应满足

2)选取钢材，并将钢材切割成定长的圆柱坯料。

3)在圆柱坯料上钻设出连接孔101。

4)在连接孔101周向加工内螺纹Ⅱ102，在圆柱坯料外表面加工外螺纹103。所述内螺纹Ⅱ102与高强螺栓2螺杆外部的外螺纹相适配。

套筒的内径即为螺栓上螺纹的外直径d₂(单位：毫米mm)；套筒外径为d₀(单位：毫米mm)，套筒厚度为t(单位：毫米mm)。可得套筒横截面面积为

(单位：平方毫米mm²)。设套筒钢材的抗拉强度设计值f(单位：兆帕N/mm²)。

螺栓受力时，套筒可认为是轴心受力构件，根据《钢结构设计标准》(GB50017-2017)，套筒横截面强度应满足

考虑套筒的屈服不先于螺杆发生的受拉破坏，当

又有

可得到套筒外径为d₀应满足

5)工厂预制方钢管柱3和连接板4。所述方钢管柱3采用4块平直连接板焊接而成。所述方钢管柱3侧壁沿纵向长度方向设置有多组套合定位孔301。所述连接板4板面上设置有与套合定位孔301相适配的通孔。

6)将预制套筒1置于方钢管柱3内腔中，并旋入套合定位孔301的大孔段。

7)连接板4与方钢管柱3对接。高强螺栓2依次穿过通孔401和小孔段后，旋入连接孔101。

Claims (3)

1.一种钢结构套筒高强螺栓连接结构，其特征在于：包括预制套筒(1)、高强螺栓(2)、方钢管柱(3)和连接板(4)；

所述方钢管柱(3)的侧壁上具有若干套合定位孔(301)；所述套合定位孔(301)为台阶孔；所述台阶孔包括大孔段和小孔段；所述大孔段具有内螺纹Ⅰ(3011)；

所述预制套筒(1)沿轴线方向开设有供高强螺栓(2)螺杆插入的连接孔(101)；所述连接孔(101)的周向设置有内螺纹Ⅱ(102)；所述预制套筒(1)外侧设有与内螺纹Ⅰ(3011)相匹配的外螺纹(103)；

所述预制套筒(1)旋入套合定位孔(301)的大孔段；

所述连接板(4)板面上设置有与套合定位孔(301)相适配的通孔(401)；所述连接板(4)与方钢管柱(3)对接；高强螺栓(2)依次穿过通孔(401)和小孔段后，旋入连接孔(101)。

2.一种关于权利要求1所述连接结构的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)设计预制套筒(1)的结构及尺寸；其中，所述预制套筒(1)沿轴线方向开设有供高强螺栓(2)螺杆插入的连接孔(101)；所述连接孔(101)的周向设置有内螺纹Ⅱ(102)；预制套筒(1)的外径

d₀为套筒外径，mm；f_u为螺杆抗拉强度，N/mm²；f为套筒钢材的抗拉强度设计值，N/mm²；d₁为螺栓螺纹内径，mm；d₂为螺栓螺纹外径，mm；

2)选取钢材，并将钢材切割成定长的圆柱坯料；

3)在圆柱坯料上钻设出连接孔(101)；

4)在连接孔(101)周向加工内螺纹Ⅱ(102)，在圆柱坯料外表面加工外螺纹(103)；所述内螺纹Ⅱ(102)与高强螺栓(2)螺杆外部的外螺纹相适配；内螺纹Ⅱ的螺纹长度

式中，b为螺纹齿根宽度，mm；n为螺纹圈数；

5)工厂预制方钢管柱(3)和连接板(4)；所述方钢管柱(3)侧壁沿纵向长度方向设置有多组套合定位孔(301)；所述连接板(4)板面上设置有与套合定位孔(301)相适配的通孔(401)；

6)将预制套筒(1)置于方钢管柱(3)内腔中，并旋入套合定位孔(301)的大孔段；

7)连接板(4)与方钢管柱(3)对接；高强螺栓(2)依次穿过通孔(401)和小孔段后，旋入连接孔(101)。

3.根据权利要求2所述的钢结构套筒高强螺栓连接结构加工方法，其特征在于：所述方钢管柱(3)采用4块平直连接板焊接而成。

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