CN113668696A - 一种节段拼装预应力钢木组合桁架杆件及其安装方法 - Google Patents

一种节段拼装预应力钢木组合桁架杆件及其安装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种节段拼装预应力钢木组合桁架杆件，包括若干木杆件节段、预应力螺纹钢筋、端部抗剪锚固铁钉和端部钢连接件；木杆件节段的首尾两端分别设置凸缘和槽口，中部设置中通圆孔；各木杆件节段依次穿入预应力螺纹钢筋，相邻木杆件节段之间通过凸缘和槽口实现紧密扣合，形成一个长条形杆件；端部钢连接件中部设有通孔，长条形杆件两端分别穿设端部钢连接件，端部钢连接件分别与首尾两端的木杆件节段接触，并通过与预应力螺纹钢筋适配的端部锚固螺母实现锁固；端部钢连接件与木杆件节段之间通过端部抗剪锚固铁钉固定连接。本发明钢木组合桁架杆件截面刚度较大，可同时承受拉力和压力，具有更佳的力学性能，还能实现整体构件的零碳排。

Description

一种节段拼装预应力钢木组合桁架杆件及其安装方法
技术领域
本发明属于钢木组合结构设计技术领域，具体涉及一种节段拼装预应力钢木组合桁架杆件及其安装方法。
背景技术
随着国民经济的不断发展，建筑业已经成为我国的支柱产业之一，但建筑业常用的建材——钢材、水泥普遍存在碳排放高、不绿色的问题，随着我国碳达峰、碳中和目标的提出，绿色低碳已经成为工程建设领域技术发展主流趋势。高强建材、绿色建材的使用范围逐渐扩大，木结构作为典型的绿色建材，其生产过程是固碳过程(即负碳排放)，且木结构轻质高强，木结构已经成为未来实现建筑业碳达峰、碳中和目标的重要分支之一。由于单纯木结构存在连接构造复杂、承载能力与可靠性较低，且部分连接构件(如连接齿板)依赖进口的问题，高强钢材与木结构组合受力的钢木组合结构逐渐成为木结构技术发展的重要方向，高强钢材具备强度高、用量少、连接方便的优势，高强钢材与轻质高强的木结构组合受力，更有利于发挥各自的材料优势，有利于技术的推广使用。目前钢木组合桁架腹杆多采用圆钢，其刚度较小，一般只能用于受拉杆件，不能承担压力。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的钢木组合桁架腹杆不能承担压力的不足，提供一种节段拼装预应力钢木组合桁架杆件及其安装方法，该钢木组合桁架杆件截面刚度较大，可同时承受拉力和压力，具有更佳的力学性能，还能实现整体构件的零碳排。
本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
一种节段拼装预应力钢木组合桁架杆件，包括若干木杆件节段、预应力螺纹钢筋、端部抗剪锚固铁钉和端部钢连接件；所述木杆件节段的首尾两端分别设置相互适配的凸缘和槽口，中部设置用于所述预应力螺纹钢筋穿过的中通圆孔；各木杆件节段依次穿入预应力螺纹钢筋，相邻木杆件节段之间通过凸缘和槽口实现紧密扣合，形成一个长条形杆件；所述端部钢连接件中部设有用于所述预应力螺纹钢筋穿过的通孔，所述长条形杆件两端分别穿设所述端部钢连接件，端部钢连接件分别与首尾两端的木杆件节段接触，并通过与预应力螺纹钢筋适配的端部锚固螺母实现锁固；所述端部钢连接件上还设有穿钉孔，端部钢连接件与木杆件节段之间通过所述端部抗剪锚固铁钉固定连接。
上述方案中，所述凸缘和槽口的横截面为方形。
上述方案中，所述凸缘和槽口的边长不大于木杆件节段截面边长的1/2。
上述方案中，所述木杆件节段的尺寸根据杆件设计内力计算确定。
上述方案中，所述端部钢连接件采用焊接槽钢构件。
上述方案中，所述端部钢连接件用于与桁架的钢节点板焊接。
上述方案中，所述端部钢连接件中部通孔的直径比预应力螺纹钢筋大5～20mm；通孔周围设置4～8个穿钉孔。
上述方案中，所述端部抗剪锚固铁钉的直径不小于8mm。
相应的，本发明还提出上述节段拼装预应力钢木组合桁架杆件的安装方法，包括以下步骤：
S1、将预应力螺纹钢筋平置于平整硬质场地，先在一端穿套端部钢连接件，并拧入锚固螺母，但不拧死；
S2、在预应力螺纹钢筋上依次穿套木杆件节段，并首尾对准扣死，最后在另一端穿套端部钢连接件；
S3、将预应力螺纹钢筋两端的锚固螺母依次拧死，直至钢筋应力达到设计初始预压应力，将杆件各装配构件压密锁死；
S4、向端部钢连接件的穿钉孔内钉入端部抗剪锚固铁钉，完成钢木组合桁架杆件的组装。
上述方法中，钢木组合桁架杆件组装完成后，将端部钢连接件与桁架的钢节点板进行焊接，完成桁架的组装。
本发明的有益效果在于：
1)运输、安装便捷。本发明采用杆件小节段运输，占用空间小，不受运输条件限制；本发明所有构件均采用物理拼接，不采用化学粘结剂，安装方便快捷，且单个构件重量轻，便于安装操作。
2)充分利用材料性能，可承受较大的拉力和压力。本发明充分利用预应力螺纹钢筋受拉强度高、受压强度小和稳定性较差的特点，由预应力螺纹钢筋承担杆件中在特定工况下可能出现的拉力，由截面刚度大、抗压承载力较高的木杆件节段承担特定工况下可能出现的压力。
3)节点连接方便可靠。本发明节点连接部为端部钢连接件，可较为方便的与节点板钢构件焊接，且连接非常可靠、承载力高。
4)零碳排。本构件中的木杆件节段可起到固碳作用，其碳排放为负值，预应力螺纹钢筋与端部钢连接件为正碳排，通过合理搭配，可实现整体构件的零碳排。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明节段拼装预应力钢木组合桁架杆件的结构主视图；
图2是图1所示钢木组合桁架杆件的结构俯视图；
图3是图1所示钢木组合桁架杆件的三个位置对应的剖面图；
图4是图1所示钢木组合桁架杆件的木杆件节段的结构图；
图5是图1所示钢木组合桁架杆件的预应力螺纹钢筋的结构图；
图6是本发明节段拼装预应力钢木组合桁架杆件的使用示意图。
图中：100、钢木组合桁架杆件；10、木杆件节段；11、凸缘；12、槽口；13、中通圆孔；20、预应力螺纹钢筋；21、锚固螺母；30、端部抗剪锚固铁钉；40、端部钢连接件；
200、桁架；201、钢节点板。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-3所示，为本发明实施例提供的一种节段拼装预应力钢木组合桁架杆件100，可用于钢木组合结构桁架的屋架或者桥梁。钢木组合桁架杆件100包括若干木杆件节段10、预应力螺纹钢筋20、端部抗剪锚固铁钉30和端部钢连接件40。
如图4所示，木杆件节段10的首尾两端分别设置相互适配的凸缘11和槽口12，中部设置用于预应力螺纹钢筋20穿过的中通圆孔13。继续参见图1-3，各木杆件节段10依次穿入预应力螺纹钢筋20，相邻木杆件节段10之间通过凸缘11和槽口12实现紧密扣合，形成一个长条形杆件。木杆件节段10两端设置的凸缘11和槽口12能够防止节段间出现滑移。木杆件节段10主要承担组合杆件的轴心压力，木杆件节段10尺寸可根据杆件设计内力计算确定。
如图5所示，预应力螺纹钢筋20两端设有配套的锚固螺母21。预应力螺纹钢筋20可根据需要选用980、1080或1230牌号的预应力精扎螺纹钢筋。预应力螺纹钢筋20主要有两个作用：1)承担组合杆件的轴心拉力；2)压紧锁死各拼装构件。
继续参见图1-3，端部钢连接件40中部设有用于预应力螺纹钢筋20穿过的通孔，通孔周围还设有穿钉孔。长条形杆件两端分别穿设一个端部钢连接件40，两个端部钢连接件40分别与首尾两端的木杆件节段10接触，并通过两端的锚固螺母21将长条形杆件与两端的端部钢连接件40压紧锁死。端部钢连接件40与木杆件节段10之间通过端部抗剪锚固铁钉30固定连接，防止木杆件节段10与端部钢连接件40之间出现滑移，最终形成一个可承受轴向拉力、压力的装配式预应力钢木组合桁架杆件100。
进一步优化，本实施例中，凸缘11和槽口12的横截面为方形，且凸缘11和槽口12的边长不大于木杆件节段10截面边长的1/2。
进一步优化，本实施例中，端部抗剪锚固铁钉30的直径不小于8mm，主要用来防止木杆件节段10与端部钢连接件40之间出现滑移。
进一步优化，本实施例中，端部钢连接件40采用焊接槽钢构件，其有两个作用：1)用来增加木杆件节段10端部承压面积，防止预加力压坏木杆件节段10；2)用来与桁架200钢节点板201进行焊接。
进一步优化，本实施例中，端部钢连接件40底板中心预留1个通孔，通孔尺寸为预应力螺纹钢筋20的直径加10mm，在底板周边预留6个直径9mm的穿钉孔。
相应的，本发明还提出上述节段拼装预应力钢木组合桁架杆件100的安装方法，包括以下步骤：
S1、将预应力螺纹钢筋20平置于平整硬质场地，先在一端穿套端部钢连接件40，并利用电动扳手拧入锚固螺母21，但不拧死。
S2、在预应力螺纹钢筋20上依次穿套木杆件节段10，并首尾对准扣死，最后在另一端穿套端部钢连接件40。
S3、将预应力螺纹钢筋20两端的锚固螺母21依次拧死，直至钢筋应力达到设计初始预压应力，将杆件各装配构件压密锁死。
S4、向端部钢连接件40的穿钉孔内钉入端部抗剪锚固铁钉30，完成钢木组合桁架杆件100的组装。
S5、钢木组合桁架杆件100组装完成后，将端部钢连接件40与桁架200的钢节点板201进行焊接，完成桁架200的组装，参见图6。
本发明充分利用钢构件可焊接、连接强度高、性能可靠的特点，将其作为端部连接构件，实现了钢木组合杆件的快捷、高强、可靠连接；本发明将整体构件分解为装配式小节段，具有便于加工、运输、拼装的特点；本发明充分利用预应力螺纹钢筋20受拉强度高、受压强度小和稳定性较差的特点，由预应力螺纹钢筋20承担杆件中在特定工况下可能出现的拉力，由截面刚度大、抗压承载力较高的木杆件节段10承担特定工况下可能出现的压力，实现了材料性能的优化组合，具有良好的经济性能；本发明构件中的木杆件节段10可起到固碳作用，其碳排放为负值，预应力螺纹钢筋20与端部钢连接件40为正碳排，通过合理搭配，可实现整体构件的零碳排。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种节段拼装预应力钢木组合桁架杆件，其特征在于，包括若干木杆件节段(10)、预应力螺纹钢筋(20)、端部抗剪锚固铁钉(30)和端部钢连接件(40)；所述木杆件节段(10)的首尾两端分别设置相互适配的凸缘(11)和槽口(12)，中部设置用于所述预应力螺纹钢筋(20)穿过的中通圆孔(13)；各木杆件节段(10)依次穿入预应力螺纹钢筋(20)，相邻木杆件节段(10)之间通过凸缘(11)和槽口(12)实现紧密扣合，形成一个长条形杆件；所述端部钢连接件(40)中部设有用于所述预应力螺纹钢筋(20)穿过的通孔，所述长条形杆件两端分别穿设所述端部钢连接件(40)，端部钢连接件(40)分别与首尾两端的木杆件节段(10)接触，并通过与预应力螺纹钢筋(20)适配的端部锚固螺母(21)实现锁固；所述端部钢连接件(40)上还设有穿钉孔，端部钢连接件(40)与木杆件节段(10)之间通过所述端部抗剪锚固铁钉(30)固定连接。
2.根据权利要求1所述的节段拼装预应力钢木组合桁架杆件，其特征在于，所述凸缘(11)和槽口(12)的横截面为方形。
3.根据权利要求2所述的节段拼装预应力钢木组合桁架杆件，其特征在于，所述凸缘(11)和槽口(12)的边长不大于木杆件节段(10)截面边长的1/2。
4.根据权利要求1所述的节段拼装预应力钢木组合桁架杆件，其特征在于，所述木杆件节段(10)的尺寸根据杆件设计内力计算确定。
5.根据权利要求1所述的节段拼装预应力钢木组合桁架杆件，其特征在于，所述端部钢连接件(40)采用焊接槽钢构件。
6.根据权利要求1所述的节段拼装预应力钢木组合桁架杆件，其特征在于，所述端部钢连接件(40)用于与桁架(200)的钢节点板(201)焊接。
7.根据权利要求1所述的节段拼装预应力钢木组合桁架杆件，其特征在于，所述端部钢连接件(40)中部通孔的直径比预应力螺纹钢筋(20)大5～20mm；通孔周围设置4～8个穿钉孔。
8.根据权利要求1所述的节段拼装预应力钢木组合桁架杆件，其特征在于，所述端部抗剪锚固铁钉(30)的直径不小于8mm。
9.根据权利要求1所述的节段拼装预应力钢木组合桁架杆件的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将预应力螺纹钢筋(20)平置于平整硬质场地，先在一端穿套端部钢连接件(40)，并拧入锚固螺母(21)，但不拧死；
S2、在预应力螺纹钢筋(20)上依次穿套木杆件节段(10)，并首尾对准扣死，最后在另一端穿套端部钢连接件(40)；
S3、将预应力螺纹钢筋(20)两端的锚固螺母(21)依次拧死，直至钢筋应力达到设计初始预压应力，将杆件各装配构件压密锁死；
S4、向端部钢连接件(40)的穿钉孔内钉入端部抗剪锚固铁钉(30)，完成钢木组合桁架杆件的组装。
10.根据权利要求9所述的节段拼装预应力钢木组合桁架杆件的安装方法，其特征在于，钢木组合桁架杆件组装完成后，将端部钢连接件(40)与桁架(200)的钢节点板(201)进行焊接，完成桁架(200)的组装。
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