CN115059174A - 一种钢铝复合空间网格结构体系 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑结构技术领域，公开了一种钢铝复合空间网格结构体系，包括钢铝复合金属管和螺栓球节点，所述钢铝复合金属管和螺栓球节点之间通过连接螺栓、连接套筒、紧固螺钉、锥头或者环形封板相连接，所述钢铝复合金属管两端与锥头或环形封板之间采用焊接方式连接，所述锥头或环形封板上开设有螺栓孔供连接螺栓贯穿过，且螺帽设置于所述钢铝复合金属管内部，所述连接螺栓的螺杆穿过连接套筒内部并拧入螺栓球节点内部。本发明中，充分结合了钢材强度高，塑性和韧性好以及铝合金抗腐蚀性能强的优点，形成了既具有较高承载及变形性能，又具有优异防腐性能的钢铝复合空间网格结构体系，有效改善了钢材普遍存在锈蚀的问题。

Description

一种钢铝复合空间网格结构体系

技术领域

本发明涉及建筑结构技术领域，尤其涉及一种钢铝复合空间网格结构体系。

背景技术

钢材具有强度高、自重轻、整体刚性好、变形能力强等特点，被广泛应用于空间结构中，但钢材存在易生锈、防火性能较差、维护费用高、能耗及成本较高等问题。

钢结构工程在生命周期全过程中经常受多因素的耦合作用，由此造成的累积损伤影响既有钢结构后续服役期性能，特别是钢材受环境作用产生不同程度的锈蚀，锈蚀将导致钢材屈服强度、抗拉强度、强屈比、弹性模量和断后伸长率出现不同程度的下降，表面蚀坑引起的应力集中是钢材强度退化的主要原因，不同类型钢构件在锈蚀作用下的承载力均出现明显降低，部分构件破坏形式在锈蚀严重时发生变化，锈蚀构件弹塑性滞回耗能特性普遍降低，锈蚀对构件抗震性能不利。

在钢结构中较为常用的防腐方法有以下几种：

(1)金属覆盖层的防腐方法；

(2)有机涂层的防腐方法；

(3)无机非金属涂层的防腐方法。

金属覆盖层的防腐方法中较为常用的是热镀锌和热喷锌的防腐方法，热镀锌防腐工艺受镀槽容积所限，不能对较大尺寸结构进行防腐施工，只能在固定的工厂施工，势必造成大量的往返运输费用，热镀锌镀层碰伤后自身也无法恢复，因此热镀锌一般适用于小钢构件和轻型钢构件的防腐；热喷锌的缺陷是火焰喷涂生产效率较低，喷砂喷锌劳动强度较大，严重制约钢结构的加工工期，可能会出现钢结构的防腐施工效率和工期的矛盾，涂层长久附着有效与涂层结合力的矛盾等。

有机涂层的防腐方法通常会受到涂料自身防护原理的限制，其对钢结构的防护期限在5至10年，如果在涂抹过程中出现失误状况，就会致使该薄弱区域在1到2年后就会发生锈蚀。

无机非金属涂层的防腐方法虽然具备耐腐蚀、耐热性良好以及高度绝缘性的优势，然而，它的韧性弱、脆性大，这就使得其在空间钢结构的防腐应用中受到限制。

本发明所提出的钢铝复合空间网格结构体系采用隔绝防护法，主要通过铝管包裹住钢管以防止钢管表面区域与外界氧气接触，从而防止钢管出现锈蚀，达到对钢结构的有效保护，其相较于现有的传统防腐方法具有防腐效果更佳，加工效率更高，现场施工便捷等优点。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种钢铝复合空间网格结构体系，其具有防腐性能佳、加工效率高、现场施工便捷等优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种钢铝复合空间网格结构体系，包括钢铝复合金属管和螺栓球节点，所述钢铝复合金属管和螺栓球节点之间通过连接螺栓、连接套筒、紧固螺钉、锥头或者环形封板相连接，所述钢铝复合金属管两端与锥头或环形封板之间采用焊接方式连接，所述锥头或环形封板上开设有螺栓孔供连接螺栓贯穿通过，且螺帽设置于所述钢铝复合金属管内部，所述连接螺栓的螺杆穿过连接套筒内部并螺纹连接在螺栓球节点内部；

所述钢铝复合金属管由钢管、连接环、填充材料层和铝管组成，所述钢管两端均套设有连接环，所述连接环内径与钢管外径相吻合，所述连接环与钢管之间采用焊接方式连接，所述连接环外表面设置有平螺纹，所述铝管内径与连接环外径相吻合，且固定套设于所述连接环外壁，所述铝管与钢管之间设置有填充材料层。

进一步地，所述钢铝复合金属管端部与锥头或环形封板固定连接，所述锥头或环形封板内部中间贯穿设置连接螺栓，所述连接螺栓外壁套设连接套筒，且连接套筒上通过紧固螺钉与连接螺栓紧固锁定连接，所述连接螺栓端部设置有连接螺纹，且通过连接螺纹拧入螺栓球节点内部与其可拆卸连接。

进一步地，当金属管直径较小时采用环形封板，当金属管直径较大时采用锥头。

进一步地，所述连接环采用不锈钢或其他不与铝发生电化学反应的材质制作而成。

进一步地，所述填充材料层采用硬质聚氨酯泡沫塑料或聚氨酯泡沫胶制作而成。

进一步地，所述连接螺栓为虎克螺栓、普通螺栓或高强螺栓，材料为不锈钢。

进一步地，所述连接套筒和所述螺栓球节点均采用不锈钢材料制作而成。

进一步地，所述铝管与连接环之间采用机械挤压形成咬合连接，所述机械挤压咬合连接采用环压工具形成。

进一步地，所述螺栓球节点表面开设有多个内孔，多个内孔内部均固定连接有钢铝复合金属管。

进一步地，所述钢铝复合空间网格结构体系可以构造为各种形式的网架和网壳。

通过上述技术方案，使其结构更加的多样性，从而适用性更广。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明提出的一种钢铝复合空间网格结构体系，其结构体系充分结合了钢材强度高，塑性和韧性好以及铝合金抗腐蚀性能强的优点，形成了既具有较高承载及变形性能，又具有优异防腐性能的钢铝复合空间网格结构体系，有效改善了钢材普遍存在锈蚀的问题。

2、本发明提出的一种钢铝复合空间网格结构体系，其利用外层铝管表面氧化膜质密的特性，能够有效隔绝内层钢管与外界空气接触，所达到的防腐效果较现有传统防腐方法更加可靠，且加工效率更高。

3、本发明提出的一种钢铝复合空间网格结构体系，其结构体系中所使用的各个部件均由工厂高精度预制，并且现场安装时全部使用装配式施工，几乎无现场加工和焊接施工，能够大幅度缩短工期，施工更加高效便捷。

附图说明

图1为本发明提出的一种钢铝复合空间网格结构体系的多根杆件与螺栓球节点连接结构示意图；

图2为本发明实施例1的单根钢铝复合金属管与螺栓球连接组合状态立体示意图；

图3为本发明实例1的单根钢铝复合金属管与螺栓球连接分离状态立体示意图；

图4为本发明实例1的单根钢铝复合金属管与螺栓球连接的剖面图；

图5为本发明实例1和实例2中单根钢铝复合金属管组合状态立体示意图；

图6为本发明实例1和实例2中单根钢铝复合金属管分离状态立体示意图；

图7为本发明实例1和实例2中单根钢铝复合金属管环压连接结构示意图；

图8为本发明实例2的单根钢铝复合金属管与螺栓球连接组合状态立体示意图；

图9为本发明实例2的单根钢铝复合金属管与螺栓球连接分离状态立体示意图；

图10为本发明实例2的单根钢铝复合金属管与螺栓球连接的剖面图。

图例说明：

1、钢铝复合金属管；1-1、钢管；1-2、连接环；1-3、填充材料层；1-4、铝管；2、螺栓球节点；3、连接螺栓；4、锥头；5、紧固螺钉；6、连接套筒；7、环形封板；8、环压工具。

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。

为了进一步了解本发明的内容、特点及效果，举以下实例并详细说明：

图1为广泛应用于网格结构的钢铝复合金属管件与螺栓球节点连接示意图，使用时，钢铝复合金属管件1采用螺栓装配的方式与螺栓球节点2相连接，由于螺栓球节点2的球面可以开设多个内孔，同一螺栓球节点2可连接多个管构件。

实施例1：

参照图1-4，本发明提供的一种实施例：一种钢铝复合空间网格结构体系，钢铝复合金属管1和螺栓球节点2之间通过连接螺栓3、连接套筒6、紧固螺钉5、锥头4相连接，钢铝复合金属管1两端与锥头4之间采用焊接方式连接，锥头4上开设有螺栓孔供连接螺栓3贯穿过，且螺帽设置于钢铝复合金属管1内部，连接螺栓3的螺杆穿过连接套筒6内部并拧入螺栓球节点2内部，当钢铝复合金属管1直径较大时，为避免相较同一个螺栓球节点2上的钢铝复合金属管1发生碰撞，采用锥头4与钢铝复合金属管1焊接方式连接，锥头4上开设螺栓孔供连接螺栓3穿过，螺帽位于钢铝复合金属管1内部，螺杆穿过连接套筒6内部拧入开有内孔的螺栓球节点2内部；

如图5-7，钢铝复合金属管1由钢管1-1、连接环1-2、填充材料层1-3和铝管1-4组成，钢管1-1两端均套设有连接环1-2，连接环1-2内径与钢管1-1外径相吻合，连接环1-2与钢管1-1之间采用焊接方式连接，连接环1-2外表面设置有平螺纹，铝管1-4内径与连接环1-2外径相吻合，且固定套设于连接环1-2外壁，为避免铝管1-4与钢管1-3之间发生电化学腐蚀，铝管1-4与钢管1-1之间设置有填充材料层1-3。

钢铝复合金属管1端部与锥头4或环形封板7固定连接，锥头4或环形封板7内部中间贯穿设置连接螺栓3，连接螺栓3外壁套设连接套筒6，且连接套筒6上通过紧固螺钉5与连接螺栓3紧固锁定连接，连接螺栓3端部设置有连接螺纹，且通过连接螺纹拧入螺栓球节点2内部与其可拆卸连接，能够将钢铝复合金属管1与螺栓球节点2之间进行稳定的连接。方便该节点的组装和连接，钢铝复合金属管1与螺栓球节点2之间使用锥头4进行连接，该钢铝复合金属管1的尺寸可适应不同使用要求，当钢铝复合金属管1直径较小时采用环形封板7进行连接，当钢铝复合金属管1直径较大时，为了避免连接于同一螺栓球节点2上的钢铝复合金属管1发生碰撞，采用锥头4进行连接。

连接环1-2采用不锈钢或其他不与铝发生电化学反应的材质制作而成，能够有效的防止长时间使用时连接节点造成腐蚀破坏，填充材料层1-3采用硬质聚氨酯泡沫塑料或聚氨酯泡沫胶制作而成，聚氨酯填充材料层1-3既可以采用硬质聚氨酯泡沫塑料直接加工成圆管套住钢管1-1外壁，也可以使用聚氨酯泡沫胶挤入钢管1-1和铝管1-4之间进行填充，连接螺栓3为普通螺栓或高强螺栓，材料为不锈钢，连接套筒6采用不锈钢材料制作而成，能够有效的保证连接套筒6的结构强度，方便与钢管1-1焊接连接，并且防止锈蚀，螺栓球节点2采用不锈钢材料制作而成，能够有效的保证螺栓球节点2的结构强度，并且防止锈蚀，螺栓球节点2表面开设有多个内孔，多个内孔内部均固定连接有钢铝复合金属管1，由于螺栓球节点2的球面可以开设多个内孔，使得同一节点可连接多个管构件，钢铝复合空间网格结构可以为任何形式的网架和网壳，使其结构更加的多样性，从而适用性更广。

铝管1-4与连接环1-2之间采用机械挤压形成咬合连接，机械挤压咬合连接采用环压工具8形成，在使用环压工具8时，应保证环压工具8具有较大的硬度，通过挤压铝管1-4外壁使得铝管1-4端部发生变形形成与连接环1-2外表面平螺纹相咬合的内螺纹，与连接环1-2形成可靠连接。

实施例2：

参照图1和图6-10，本发明提供的一种实施例：当钢铝复合金属管1直径较小时采用环形封板7代替锥头4，其余实施方案与实例1相同。

工作原理：该钢铝复合空间网格结构体系使用时，螺栓球节点2及杆件间根据受力不同，传力路线和零件作用也不同，当杆件受拉时，其传力路线为：钢管1-1、锥头4、连接螺栓3、钢球，此时连接套筒6不受力，钢铝复合金属管1尺寸、锥头4与钢管1-1之间连接焊缝与连接螺栓3直径应当根据拉力计算确定，当杆件受压时，其传力路线为：钢管1-1，锥头4、连接套筒6、钢球，此时连接螺栓3不受力，钢管1-1尺寸应根据受压稳定性确定，同时应对连接套筒6的承压进行校核。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢铝复合空间网格结构体系，其特征在于：包括钢铝复合金属管(1)和螺栓球节点(2)，所述钢铝复合金属管(1)和螺栓球节点(2)之间通过连接螺栓(3)、连接套筒(6)、紧固螺钉(5)、锥头(4)或者环形封板(7)相连接，所述钢铝复合金属管(1)两端与锥头(4)或环形封板(7)之间采用焊接方式连接，所述锥头(4)或环形封板(7)上开设有螺栓孔供连接螺栓(3)贯穿通过，且螺帽设置于所述钢铝复合金属管(1)内部，所述连接螺栓(3)的螺杆穿过连接套筒(6)内部并螺纹连接在螺栓球节点(2)内部；

所述钢铝复合金属管(1)由钢管(1-1)、连接环(1-2)、填充材料层(1-3)和铝管(1-4)组成，所述钢管(1-1)两端均套设有连接环(1-2)，所述连接环(1-2)内径与钢管(1-1)外径相吻合，所述连接环(1-2)与钢管(1-1)之间采用焊接方式连接，所述连接环(1-2)外表面设置有平螺纹，所述铝管(1-4)内径与连接环(1-2)外径相吻合，且固定套设于所述连接环(1-2)外壁，所述铝管(1-4)与钢管(1-1)之间设置有填充材料层(1-3)。

2.根据权利要求1所述的一种钢铝复合空间网格结构体系，其特征在于：所述钢铝复合金属管(1)端部与锥头(4)或环形封板(7)固定连接，所述锥头(4)或环形封板(7)内部中间贯穿设置连接螺栓(3)，所述连接螺栓(3)外壁套设连接套筒(6)，且连接套筒(6)上通过紧固螺钉(5)与连接螺栓(3)紧固锁定连接，所述连接螺栓(3)端部设置有连接螺纹，且通过连接螺纹拧入螺栓球节点(2)内部与其可拆卸连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种钢铝复合空间网格结构体系，其特征在于：

当金属管直径较小时采用环形封板(7)，当金属管直径较大时采用锥头(4)。

4.根据权利要求1或2所述的一种钢铝复合空间网格结构体系，其特征在于：所述连接环(1-2)采用不锈钢或其他不与铝发生电化学反应的材质制作而成。

5.根据权利要求1或2所述的一种钢铝复合空间网格结构体系，其特征在于：所述填充材料层(1-3)采用硬质聚氨酯泡沫塑料或聚氨酯泡沫胶制作而成。

6.根据权利要求1或2所述的一种钢铝复合空间网格结构体系，其特征在于：所述连接螺栓(3)为普通螺栓或高强螺栓，材料为不锈钢。

7.根据权利要求1或2所述的一种钢铝复合空间网格结构体系，其特征在于：所述连接套筒(6)和所述螺栓球节点(2)均采用不锈钢材料制作而成。

8.根据权利要求1或2所述的一种钢铝复合空间网格结构体系，其特征在于：所述铝管(1-4)与连接环(1-2)之间采用机械挤压形成咬合连接，所述机械挤压咬合连接采用环压工具(8)形成。

9.根据权利要求1-8之一所述的一种钢铝复合空间网格结构体系，其特征在于：所述螺栓球节点(2)表面开设有多个内孔，多个内孔内部均固定连接有钢铝复合金属管(1)。

10.根据权利要求9所述的一种钢铝复合空间网格结构体系，其特征在于：所述钢铝复合空间网格结构体系可以构造为各种形式的网架和网壳。

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