CN113216383A - 一种外套筒式交错法兰空间桁架连接节点及其施工、设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于土木工程技术领域,公开了一种外套筒式交错法兰空间桁架连接节点；包括两个主弦杆以及两个主弦杆之间外套的两个外套筒，且两个外套筒的边缘焊接有连接板，且连接板表面开设螺孔内安装有连接板高强螺栓，所述主弦杆的表面焊接有十字形法兰，所述主弦杆和十字形法兰之间焊接有扇形加劲肋，且扇形加劲肋与十字形法兰垂直；外套筒式交错法兰空间桁架连接节点，综合运用外套筒、交错法兰和全螺栓连接等技术，提出适用于大跨度空间桁架结构的装配式桁架连接节点，该节点刚度高，稳定性好，具有良好的力学性能，实现空间桁架结构的全螺栓连接和高效装配，同时主弦杆和十字形法兰之间通过扇形加劲肋和隔板进行加强。

Description

一种外套筒式交错法兰空间桁架连接节点及其施工、设计 方法

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，具体涉及一种外套筒式交错法兰空间桁架连接节点及其施工、设计方法。

背景技术

大跨度环桁架常用于索穹顶结构、弦支穹顶结构、索网结构等大跨度空间结构的支撑结构，目前，国内外大跨度钢结构建筑中对环桁架的运用均为工厂预制分段环桁架，施工现场焊接连接。现场焊接存在节点多、焊接多、施工难、成本高等问题，同时现场焊接质量难以保证、焊接处应力集中、耐久性差、环境污染严重、结构可拆卸性能差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种外套筒式交错法兰空间桁架连接节点，旨在解决现有技术中空间桁架结构节点焊接连接施工过程复杂、施工效率低、焊接质量难以保证、可拆卸调节性能差、抗震性能差的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种外套筒式交错法兰空间桁架连接节点，包括两个主弦杆以及两个主弦杆之间外套的两个外套筒，且两个外套筒的边缘焊接有连接板，且连接板表面开设螺孔内安装有连接板高强螺栓，所述主弦杆的表面焊接有十字形法兰，所述主弦杆和十字形法兰之间焊接有扇形加劲肋，且扇形加劲肋与十字形法兰垂直，所述十字形法兰和主弦杆之间还焊接有隔板，所述外套筒两端的表面均开设有法兰孔，且十字形法兰安装在法兰孔的内部，所述外套筒靠近法兰孔的表面焊接有外套筒法兰，且十字形法兰和外套筒法兰接触，所述十字形法兰和外套筒法兰表面开设螺孔内安装有法兰高强螺栓。

在本发明中进一步地，所述外套筒的表面焊接有条形加劲肋，且条形加劲肋的两端与外套筒法兰固定连接，且条形加劲肋和连接板垂直。

在本发明中进一步地，所述外套筒和外套筒法兰之间焊接有外套筒加劲肋。

在本发明中进一步地，所述主弦杆为圆管状金属构件，所述外套筒为二分一圆的弧形板状金属构件，且主弦杆的外径与外套筒的内径相同。

本发明另一目的在于提供一种外套筒式交错法兰空间桁架连接节点的施工方法。

在本发明中进一步地，所述的一种外套筒式交错法兰空间桁架连接节点的施工方法，包括步骤如下：步骤一：把主弦杆和十字形法兰通过焊接连接而成，在十字形法兰对应主弦杆内部设置有隔板，在十字形法兰上设置有螺栓孔，在主弦杆及十字形法兰外壁之间设置有扇形加劲肋；步骤二：制作外套筒，其中外套筒由表面焊接的外套筒法兰、连接板、条形加劲肋、外套筒加劲肋固定连接而成，在外套筒筒壁上开设法兰孔，在外套筒法兰和连接板上开设螺栓孔；步骤三：进行两个主弦杆的拼装，在两个主弦杆相互接触之后，将两个外套筒套接于主弦杆的外部并紧密接触，使得十字形法兰穿过法兰孔，十字形法兰位于外套筒法兰的内侧，实现法兰交错相连；步骤四：将两片连接板通过连接板高强螺栓进行初拧连接，将十字形法兰与外套筒法兰通过法兰高强螺栓进行初拧连接；步骤五：依次紧固法兰高强螺栓和连接板高强螺栓。

本发明最后一目的在于提供一种外套筒式交错法兰空间桁架连接节点的设计方法。

在本发明中进一步地，所述的一种外套筒式交错法兰空间桁架连接节点的设计方法，所述包括步骤如下：

步骤一，节点轴向承载力设计：

节点轴向承载力不小于桁架弦杆轴向承载力：

N^j≥N^t 【1】，

式【1】中，N^j为节点轴向承载力，N^t为桁架弦杆轴向承载力，其中N^j和N^t按照式【2】、【3】、【4】进行计算；

节点抗拉承载力计算：

N^j＝N_os 【2】，

N_os＝f_osA_e,os 【3】，

N^t＝Af_t 【4】，

式【2】中，N_os为外套筒轴向承载力；式【3】中，f_os为外套筒抗拉强度设计值；A_e,os为外套筒筒壁、竖向加劲肋及连接板同一横截面处的最小净截面面积；式【4】中，f_t为桁架弦杆钢材抗拉强度设计值；A为桁架弦杆截面面积；

节点极限承载力计算：

N_u,os＝f_u,osA_e,os 【6】，

式【5】中，

为节点轴向极限承载力；式【6】中，N_u,os为外套筒轴向极限承载力，f_u,os为外套筒钢材抗拉强度，

为桁架弦杆轴向极限承载力，f_t,u为桁架弦杆钢材抗拉强度，A为桁架弦杆截面面积；

步骤二，节点抗弯承载力设计：

节点抗弯承载力不小于桁架弦杆抗弯承载力：

M^j≥M^c 【8】，

节点抗弯承载力验算：

M_os+M_fl≥M_c 【9】，

M_os＝fW_os 【10】，

M_fl＝2(R+a)(sinθ+cosθ)N_t,fl 【11】，

M_c＝fW_c 【12】，

式【8】中，M^j为节点抗弯承载力，M^c为桁架弦杆抗弯承载力；式【9】中，M_os为外套筒抗弯承载力，M_fl为弦杆法兰抗弯承载力，M_c为弦杆抗弯承载力；式【10】中，W_os为外套筒截面抵抗矩，f为钢材抗弯强度设计值；式【11】中，R为弦杆半径，a为弦杆法兰中心距弦杆壁的距离，θ为弦杆法兰中心与弦杆中心的连线与旋转轴的夹角，N_t,fl为弦杆法兰抗拉承载力设计值；式【12】中，W_c为弦杆截面抵抗矩；

节点极限抗弯承载力验算：

M_u,os＝f_yW_p,os 【15】，

M_u,fl＝2(R+a)(sinθ+cosθ)N_u,fl 【16】，

M_pc＝f_yW_pc 【17】，

式【13】中，

为连接的极限受弯承载力，M_pc为考虑轴力影响时桁架弦杆的塑性受弯承载力，η_j为连接系数，母材牌号为Q235时取1.45，Q355及以上强度钢材取1.35；式【14】中，M_u,os为外套筒极限抗弯承载力，M_u,fl为弦杆法兰极限抗弯承载力；式【15】中，f_y为钢材屈服强度，W_p,os为外套筒塑性截面抵抗矩；式【16】中，R为弦杆半径，a为弦杆法兰中心距弦杆壁的距离，θ为弦杆法兰中心与弦杆中心的连线与旋转轴的夹角，N_u,fl为弦杆法兰极限抗拉承载力；式【17】中，W_pc为弦杆截面塑性抵抗矩；

步骤三，连接板设计：

抗剪承载力验算：

N_s＝f_vA 【20】，

N_v,p＝τ_maxl_ost_os 【22】，

式【18】中，

为连接板抗剪承载力，N_v,p为连接板受到的剪力；式【19】中，

为连接板抗剪强度设计值，l_p为连接板长度，t_p为连接板厚度；式【20】中，N_s为外套筒抗剪承载力，f_v为外套筒抗剪强度设计值，A为外套筒筒壁横截面面积；式【21】、【22】中，τ_max为外套筒截面最大切应力，l_os为外套筒高度，t_os为外套筒筒壁厚度；

步骤四，连接板螺栓设计：

抗剪承载力验算：

式【23】中，

为高强螺栓抗剪承载力，N_v,b为高强螺栓受到的剪力；式【24】中，k为孔型系数，标准孔取1.0，大圆孔取0.85，内力与槽孔长向垂直时取0.7，内力与槽孔长向平行时取0.6；n_f为传力摩擦面数，μ为摩擦面抗滑移系数，P为连接板高强螺栓预拉力；式【25】中，N_v,p为连接板受到的剪力，n为连接板螺栓数量；

抗拉承载力验算：

M_p＝W_pf 【28】，

式【26】中，

为螺栓抗拉承载力设计值，N_t为螺栓受到最大的拉力；式【27】中，P为高强螺栓预拉力；式【28】中，M_p为外套筒包含区域内管壁抗弯承载力，W_p为外套筒包含区域内管壁抵抗矩，f为外套筒钢材抗拉强度设计值；式【29】中，x_max为距离连接板中心最远的高强螺栓到到连接板中心的距离，x_i为第i个连接板高强螺栓到连接板中心的距离；

步骤五，弦杆法兰厚度设计：

桁架弦杆抗拉承载力：

N＝f_tA 【30】，

外套筒交错法兰连接节点通过弦杆法兰及外套筒法兰交错连接构造实现节点抗拉，因此，按照弦杆法兰抗拉承载力与弦杆抗拉承载力等效进行设计。

法兰承受均布荷载：

单位板宽法兰板最大弯矩：

M_max＝m_bqab 【32】，

法兰板厚度：

式【30】中，f_t为桁架弦杆抗拉强度设计值，A为桁架弦杆截面面积；式【31】中，A_e为法兰板有效截面面积，n为法兰数量；式【32】中，m_b为弯矩调幅系数，a为法兰板长度，b为法兰板宽度，式【33】中，f_f为法兰板抗拉强度设计值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过十字形法兰、外套筒法兰、法兰高强螺栓、法兰孔，使得主弦杆和外套筒连接，同时焊接在主弦杆表面的十字形法兰安装在外套筒开设的法兰孔内，同时十字形法兰和外套筒法兰通过法兰高强螺栓固定连接，增加了主弦杆和外套筒连接的便捷性，同时两个外套筒边缘焊接的连接板通过连接板高强螺栓固定连接，使得外套筒式交错法兰空间桁架连接节点高效装配，综合运用外套筒、交错法兰和全螺栓连接等技术，提出适用于大跨度空间桁架结构的装配式桁架连接节点，该节点刚度高，稳定性好，具有良好的力学性能，实现空间桁架结构的全螺栓连接和高效装配，同时主弦杆和十字形法兰之间通过扇形加劲肋和隔板进行加强，且外套筒通过表面焊接的外套筒加劲肋和条形加劲肋进行支撑加强，从而提高了节点结构的强度；

2、通过本发明提供的一种外套筒式交错法兰空间桁架连接节点的施工、设计方法，结构简单，安全可靠，可拆装性能良好，实现了绿色施工；避免了现场焊接，提高了节点的抗震性能，有效的提高了施工进度；

附图说明

图1为本发明实施例外套筒式交错法兰空间桁架连接节点的分解图；

图2为本发明实施例的外套筒式交错法兰空间桁架连接节点的结构示意图；

图3为本发明实施例外套筒与弦杆的结构示意图；

图4为本发明实施例下弦杆的结构示意图；

图5为本发明实施例弦杆的结构示意图；

图6为本发明实施例外套筒的外侧结构示意图；

图7为本发明实施例外套筒的内侧结构示意图；

图8为本发明实施例节点的装配结构图；

图中：1、主弦杆；2、十字形法兰；3、扇形加劲肋；4、隔板；5、外套筒；51、外套筒加劲肋；52、条形加劲肋；53、连接板；54、外套筒法兰；6、法兰高强螺栓；7、连接板高强螺栓；8、法兰孔。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

作为本发明的一个实施例，请参阅图1-图8，本发明提供以下技术方案：一种外套筒式交错法兰空间桁架连接节点，包括两个主弦杆1以及两个主弦杆1之间外套的两个外套筒5，且两个外套筒5的边缘焊接有连接板53，且连接板53表面开设螺孔内安装有连接板高强螺栓7，主弦杆1的表面焊接有十字形法兰2，主弦杆1和十字形法兰2之间焊接有扇形加劲肋3，且扇形加劲肋3与十字形法兰2垂直，十字形法兰2和主弦杆1之间还焊接有隔板4，外套筒5两端的表面均开设有法兰孔8，且十字形法兰2安装在法兰孔8的内部，外套筒5靠近法兰孔8的表面焊接有外套筒法兰54，且十字形法兰2和外套筒法兰54接触，十字形法兰2和外套筒法兰54表面开设螺孔内安装有法兰高强螺栓6。

本实施例中，通过十字形法兰2、外套筒法兰54、法兰高强螺栓6、法兰孔8，使得主弦杆1和外套筒5连接，同时焊接在主弦杆1表面的十字形法兰2安装在外套筒5开设的法兰孔8内，同时十字形法兰2和外套筒法兰54通过法兰高强螺栓6固定连接，增加了主弦杆1和外套筒5连接的便捷性，同时两个外套筒5边缘焊接的连接板53通过连接板高强螺栓7固定连接，使得外套筒式交错法兰空间桁架连接节点，综合运用外套筒、交错法兰和全螺栓连接等技术，提出适用于大跨度空间桁架结构的装配式桁架连接节点，该节点刚度高，稳定性好，具有良好的力学性能，实现空间桁架结构的全螺栓连接和高效装配，同时主弦杆1和十字形法兰2之间通过扇形加劲肋3和隔板4进行加强，且外套筒5通过表面焊接的外套筒加劲肋51和条形加劲肋52进行支撑加强，从而提高了节点结构的强度。

进一步地，外套筒5的表面焊接有条形加劲肋52，且条形加劲肋52的两端与外套筒法兰54固定连接，且条形加劲肋52和连接板53垂直，外套筒5和外套筒法兰54之间焊接有外套筒加劲肋51。

进一步地，主弦杆1为圆管状金属构件，外套筒5为二分一圆的弧形板状金属构件，且主弦杆1的外径与外套筒5的内径相同。

进一步地，本发明所述的一种外套筒式交错法兰空间桁架连接节点的施工方法，包括步骤如下：

步骤一：把主弦杆1和十字形法兰2通过焊接连接而成，在十字形法兰2对应主弦杆1内部设置有隔板4，在十字形法兰2上设置有螺栓孔，在主弦杆1及十字形法兰2外壁之间设置有扇形加劲肋3；

步骤二：制作外套筒5，其中外套筒5由表面焊接的外套筒法兰54、连接板53、条形加劲肋52、外套筒加劲肋51固定连接而成，在外套筒5筒壁上开设法兰孔8，在外套筒法兰54和连接板53上开设螺栓孔；

步骤三：进行两个主弦杆1的拼装，在两个主弦杆1相互接触之后，将两个外套筒5套接于主弦杆1的外部并紧密接触，使得十字形法兰2穿过法兰孔8，十字形法兰2位于外套筒法兰54的内侧，实现法兰交错相连；

步骤四：将两片连接板53通过连接板高强螺栓7进行初拧连接，将十字形法兰2与外套筒法兰54通过法兰高强螺栓6进行初拧连接；

步骤五：依次紧固法兰高强螺栓6和连接板高强螺栓7。

进一步地，本发明所述的一种外套筒式交错法兰空间桁架连接节点的设计方法，包括步骤如下：

步骤一，节点轴向承载力设计：

节点轴向承载力不小于桁架弦杆轴向承载力：

N^j≥N^t 【1】，

式【1】中，N^j为节点轴向承载力，N^t为桁架弦杆轴向承载力，其中N^j和N^t按照式【2】、【3】、【4】进行计算；

节点抗拉承载力计算：

N^j＝N_os 【2】，

N_os＝f_osA_e,os 【3】，

N^t＝Af_t 【4】，

式【2】中，N_os为外套筒轴向承载力；式【3】中，f_os为外套筒抗拉强度设计值；A_e,os为外套筒筒壁、竖向加劲肋及连接板同一横截面处的最小净截面面积；式【4】中，f_t为桁架弦杆钢材抗拉强度设计值；A为桁架弦杆截面面积；

节点极限承载力计算：

N_u,os＝f_u,osA_e,os【6】，

式【5】中，

为节点轴向极限承载力；式【6】中，N_u,os为外套筒轴向极限承载力，f_u,os为外套筒钢材抗拉强度，

为桁架弦杆轴向极限承载力，f_t,u为桁架弦杆钢材抗拉强度，A为桁架弦杆截面面积；

步骤二，节点抗弯承载力设计：

节点抗弯承载力不小于桁架弦杆抗弯承载力：

M^j≥M^c 【8】，

节点抗弯承载力验算：

M_os+M_fl≥M_c 【9】，

M_os＝fW_os 【10】，

M_fl＝2(R+a)(sinθ+cosθ)N_t,fl 【11】，

M_c＝fW_c 【12】，

式【8】中，M^j为节点抗弯承载力，M^c为桁架弦杆抗弯承载力；式【9】中，M_os为外套筒抗弯承载力，M_fl为弦杆法兰抗弯承载力，M_c为弦杆抗弯承载力；式【10】中，W_os为外套筒截面抵抗矩，f为钢材抗弯强度设计值；式【11】中，R为弦杆半径，a为弦杆法兰中心距弦杆壁的距离，θ为弦杆法兰中心与弦杆中心的连线与旋转轴的夹角，N_t,fl为弦杆法兰抗拉承载力设计值；式【12】中，W_c为弦杆截面抵抗矩；

节点极限抗弯承载力验算：

M_u,os＝f_yW_p,os 【15】，

M_u,fl＝2(R+a)(sinθ+cosθ)N_u,fl 【16】，

M_pc＝f_yW_pc 【17】，

式【13】中，

为连接的极限受弯承载力，M_pc为考虑轴力影响时桁架弦杆的塑性受弯承载力，η_j为连接系数，母材牌号为Q235时取1.45，Q355及以上强度钢材取1.35；式【14】中，M_u,os为外套筒极限抗弯承载力，M_u,fl为弦杆法兰极限抗弯承载力；式【15】中，f_y为钢材屈服强度，W_p,os为外套筒塑性截面抵抗矩；式【16】中，R为弦杆半径，a为弦杆法兰中心距弦杆壁的距离，θ为弦杆法兰中心与弦杆中心的连线与旋转轴的夹角，N_u,fl为弦杆法兰极限抗拉承载力；式【17】中，W_pc为弦杆截面塑性抵抗矩；

步骤三，连接板设计：

抗剪承载力验算：

N_s＝f_vA【20】，

N_v,p＝τ_maxl_ost_os【22】，

式【18】中，

为连接板抗剪承载力，N_v,p为连接板受到的剪力；式【19】中，

为连接板抗剪强度设计值，l_p为连接板长度，t_p为连接板厚度；式【20】中，N_s为外套筒抗剪承载力，f_v为外套筒抗剪强度设计值，A为外套筒筒壁横截面面积；式【21】、【22】中，τ_max为外套筒截面最大切应力，l_os为外套筒高度，t_os为外套筒筒壁厚度；

步骤四，连接板螺栓设计：

抗剪承载力验算：

式【23】中，

为高强螺栓抗剪承载力，N_v,b为高强螺栓受到的剪力；式【24】中，k为孔型系数，标准孔取1.0，大圆孔取0.85，内力与槽孔长向垂直时取0.7，内力与槽孔长向平行时取0.6；n_f为传力摩擦面数，μ为摩擦面抗滑移系数，P为连接板高强螺栓预拉力；式【25】中，N_v,p为连接板受到的剪力，n为连接板螺栓数量；

抗拉承载力验算：

M_p＝W_pf 【28】，

式【26】中，

为螺栓抗拉承载力设计值，N_t为螺栓受到最大的拉力；式【27】中，P为高强螺栓预拉力；式【28】中，M_p为外套筒包含区域内管壁抗弯承载力，W_p为外套筒包含区域内管壁抵抗矩，f为外套筒钢材抗拉强度设计值；式【29】中，x_max为距离连接板中心最远的高强螺栓到到连接板中心的距离，x_i为第i个连接板高强螺栓到连接板中心的距离；

步骤五，弦杆法兰厚度设计：

桁架弦杆抗拉承载力：

N＝f_tA 【30】，

外套筒交错法兰连接节点通过弦杆法兰及外套筒法兰交错连接构造实现节点抗拉，因此，按照弦杆法兰抗拉承载力与弦杆抗拉承载力等效进行设计。

法兰承受均布荷载：

单位板宽法兰板最大弯矩：

M_max＝m_bqab 【32】，

法兰板厚度：

式【30】中，f_t为桁架弦杆抗拉强度设计值，A为桁架弦杆截面面积；式【31】中，A_e为法兰板有效截面面积，n为法兰数量；式【32】中，m_b为弯矩调幅系数，a为法兰板长度，b为法兰板宽度，式【33】中，f_f为法兰板抗拉强度设计值。

本实施例中，通过本发明提供的一种外套筒式交错法兰空间桁架连接节点的施工、设计方法，结构简单，安全可靠，可拆装性能良好，实现了绿色施工；避免了现场焊接，提高了节点的抗震性能，有效的提高了施工进度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种外套筒式交错法兰空间桁架连接节点，其特征在于：包括两个主弦杆(1)以及两个主弦杆(1)之间外套的两个外套筒(5)，且两个外套筒(5)的边缘焊接有连接板(53)，且连接板(53)表面开设螺孔内安装有连接板高强螺栓(7)，所述主弦杆(1)的表面焊接有十字形法兰(2)，所述主弦杆(1)和十字形法兰(2)之间焊接有扇形加劲肋(3)，且扇形加劲肋(3)与十字形法兰(2)垂直，所述十字形法兰(2)和主弦杆(1)之间还焊接有隔板(4)，所述外套筒(5)两端的表面均开设有法兰孔(8)，且十字形法兰(2)安装在法兰孔(8)的内部，所述外套筒(5)靠近法兰孔(8)的表面焊接有外套筒法兰(54)，且十字形法兰(2)和外套筒法兰(54)接触，所述十字形法兰(2)和外套筒法兰(54)表面开设螺孔内安装有法兰高强螺栓(6)。

2.根据权利要求1所述的一种外套筒式交错法兰空间桁架连接节点，其特征在于：所述外套筒(5)的表面焊接有条形加劲肋(52)，且条形加劲肋(52)的两端与外套筒法兰(54)固定连接，且条形加劲肋(52)和连接板(53)垂直。

3.根据权利要求2所述的一种外套筒式交错法兰空间桁架连接节点，其特征在于：所述外套筒(5)和外套筒法兰(54)之间焊接有外套筒加劲肋(51)。

4.根据权利要求1所述的一种外套筒式交错法兰空间桁架连接节点，其特征在于：所述主弦杆(1)为圆管状金属构件，所述外套筒(5)为二分一圆的弧形板状金属构件，且主弦杆(1)的外径与外套筒(5)的内径相同。

5.一种外套筒式交错法兰空间桁架连接节点的施工方法，用于实施如权利要求1至4任一项所述的外套筒式交错法兰空间桁架连接节点，其特征在于，包括步骤如下：

步骤一：把主弦杆(1)和十字形法兰(2)通过焊接连接而成，在十字形法兰(2)对应主弦杆(1)内部设置有隔板(4)，在十字形法兰(2)上设置有螺栓孔，在主弦杆(1)及十字形法兰(2)外壁之间设置有扇形加劲肋(3)；

步骤二：制作外套筒(5)，其中外套筒(5)由表面焊接的外套筒法兰(54)、连接板(53)、条形加劲肋(52)、外套筒加劲肋(51)固定连接而成，在外套筒(5)筒壁上开设法兰孔(8)，在外套筒法兰(54)和连接板(53)上开设螺栓孔；

步骤三：进行两个主弦杆(1)的拼装，在两个主弦杆(1)相互接触之后，将两个外套筒(5)套接于主弦杆(1)的外部并紧密接触，使得十字形法兰(2)穿过法兰孔(8)，十字形法兰(2)位于外套筒法兰(54)的内侧，实现法兰交错相连；

步骤四：将两片连接板(53)通过连接板高强螺栓(7)进行初拧连接，将十字形法兰(2)与外套筒法兰(54)通过法兰高强螺栓(6)进行初拧连接；

步骤五：依次紧固法兰高强螺栓(6)和连接板高强螺栓(7)。

6.一种外套筒式交错法兰空间桁架连接节点的设计方法，用于设计如权利要求1至4任一项所述的外套筒式交错法兰空间桁架连接节点，其特征在于：包括步骤如下：

步骤一，节点轴向承载力设计：

节点轴向承载力不小于桁架弦杆轴向承载力：

N^j≥N^t 【1】，

式【1】中，N^j为节点轴向承载力，N^t为桁架弦杆轴向承载力，其中N^j和N^t按照式【2】、【3】、【4】进行计算；

节点抗拉承载力计算：

N^j＝N_os 【2】，

N_os＝f_osA_e,os 【3】，

N^t＝Af_t 【4】，

式【2】中，N_os为外套筒轴向承载力；式【3】中，f_os为外套筒抗拉强度设计值；A_e,os为外套筒筒壁、竖向加劲肋及连接板同一横截面处的最小净截面面积；式【4】中，f_t为桁架弦杆钢材抗拉强度设计值；A为桁架弦杆截面面积；

节点极限承载力计算：

N_u,os＝f_u,osA_e,os 【6】，

式【5】中，

为节点轴向极限承载力；式【6】中，N_u,os为外套筒轴向极限承载力，f_u,os为外套筒钢材抗拉强度，

为桁架弦杆轴向极限承载力，f_t,u为桁架弦杆钢材抗拉强度，A为桁架弦杆截面面积；

步骤二，节点抗弯承载力设计：

节点抗弯承载力不小于桁架弦杆抗弯承载力：

M^j≥M^c 【8】，

节点抗弯承载力验算：

M_os+M_fl≥M_c 【9】，

M_os＝fW_os 【10】，

M_fl＝2(R+a)(sinθ+cosθ)N_t,fl 【11】，

M_c＝fW_c 【12】，

式【8】中，M^j为节点抗弯承载力，M^c为桁架弦杆抗弯承载力；式【9】中，M_os为外套筒抗弯承载力，M_fl为弦杆法兰抗弯承载力，M_c为弦杆抗弯承载力；式【10】中，W_os为外套筒截面抵抗矩，f为钢材抗弯强度设计值；式【11】中，R为弦杆半径，a为弦杆法兰中心距弦杆壁的距离，θ为弦杆法兰中心与弦杆中心的连线与旋转轴的夹角，N_t,fl为弦杆法兰抗拉承载力设计值；式【12】中，W_c为弦杆截面抵抗矩；

节点极限抗弯承载力验算：

M_u,os＝f_yW_p,os 【15】，

M_u,fl＝2(R+a)(sinθ+cosθ)N_u,fl 【16】，

M_pc＝f_yW_pc 【17】，

式【13】中，

为连接的极限受弯承载力，M_pc为考虑轴力影响时桁架弦杆的塑性受弯承载力，η_j为连接系数，母材牌号为Q235时取1.45，Q355及以上强度钢材取1.35；式【14】中，M_u,os为外套筒极限抗弯承载力，M_u,fl为弦杆法兰极限抗弯承载力；式【15】中，f_y为钢材屈服强度，W_p,os为外套筒塑性截面抵抗矩；式【16】中，R为弦杆半径，a为弦杆法兰中心距弦杆壁的距离，θ为弦杆法兰中心与弦杆中心的连线与旋转轴的夹角，N_u,fl为弦杆法兰极限抗拉承载力；式【17】中，W_pc为弦杆截面塑性抵抗矩；

步骤三，连接板设计：

抗剪承载力验算：

N_s＝f_vA 【20】，

N_v,p＝τ_maxl_ost_os 【22】，

式【18】中，

为连接板抗剪承载力，N_v,p为连接板受到的剪力；式【19】中，

为连接板抗剪强度设计值，l_p为连接板长度，t_p为连接板厚度；式【20】中，N_s为外套筒抗剪承载力，f_v为外套筒抗剪强度设计值，A为外套筒筒壁横截面面积；式【21】、【22】中，τ_max为外套筒截面最大切应力，l_os为外套筒高度，t_os为外套筒筒壁厚度；

步骤四，连接板螺栓设计：

抗剪承载力验算：

式【23】中，

为高强螺栓抗剪承载力，N_v,b为高强螺栓受到的剪力；式【24】中，k为孔型系数，标准孔取1.0，大圆孔取0.85，内力与槽孔长向垂直时取0.7，内力与槽孔长向平行时取0.6；n_f为传力摩擦面数，μ为摩擦面抗滑移系数，P为连接板高强螺栓预拉力；式【25】中，N_v,p为连接板受到的剪力，n为连接板螺栓数量；

抗拉承载力验算：

M_p＝W_pf 【28】，

式【26】中，

为螺栓抗拉承载力设计值，N_t为螺栓受到最大的拉力；式【27】中，P为高强螺栓预拉力；式【28】中，M_p为外套筒包含区域内管壁抗弯承载力，W_p为外套筒包含区域内管壁抵抗矩，f为外套筒钢材抗拉强度设计值；式【29】中，x_max为距离连接板中心最远的高强螺栓到到连接板中心的距离，x_i为第i个连接板高强螺栓到连接板中心的距离；

步骤五，弦杆法兰厚度设计：

桁架弦杆抗拉承载力：

N＝f_tA 【30】，

外套筒交错法兰连接节点通过弦杆法兰及外套筒法兰交错连接构造实现节点抗拉，因此，按照弦杆法兰抗拉承载力与弦杆抗拉承载力等效进行设计。

法兰承受均布荷载：

单位板宽法兰板最大弯矩：

M_max＝m_bqab 【32】，

法兰板厚度：

式【30】中，f_t为桁架弦杆抗拉强度设计值，A为桁架弦杆截面面积；式【31】中，A_e为法兰板有效截面面积，n为法兰数量；式【32】中，m_b为弯矩调幅系数，a为法兰板长度，b为法兰板宽度，式【33】中，f_f为法兰板抗拉强度设计值。

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