CN209195137U - 一种中空夹层钢管混凝土混合拼接节点 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种中空夹层钢管混凝土混合拼接节点，包括中空夹层钢管混凝土上柱、中空夹层钢管混凝土下柱和连接件，连接件包括第一主体板、第二主体板、螺栓、第一加劲肋和第二加劲肋；第一主体板上设置有第一环形凸台，第二主体板上设置有第二环形凸台，第一环形凸台与中空夹层钢管混凝土上柱的内钢管管壁对接，第二环形凸台与中空夹层钢管混凝土下柱的内钢管管壁对接；本实用新型的所有螺栓设置在外钢管外围，避免了需要施工人员进入中空夹层钢管混凝土柱内部拧紧内法兰螺栓的问题，简化了内部构造，使得内外钢管与连接件之间可在工厂预制，再运至现场进行安装，使得连接节点的制作效率和质量都得以提升，提高了施工的便捷性和安全性。

Description

一种中空夹层钢管混凝土混合拼接节点

技术领域

本实用新型属于输电杆塔技术领域，涉及一种组合杆塔构件拼接节点，具体涉及一种中空夹层钢管混凝土混合拼接节点。

背景技术

随着国家城市、农村电网改造的实施和电网的快速发展，输电线路架设向大跨径、多回路发展，杆塔结构的荷载也不断增大。传统圆形钢筋混凝土电杆、圆形预应力电杆自重大、承载力低，且运输、起吊、组装困难。尤其对于车辆、农业机械不能达到的交通闭塞地区，普通钢筋混凝土大弯矩电杆无法安装。近年来发展的钢管电杆虽然承载力较高，但用钢量大，刚度相对较小，造价较高。

中空夹层钢管混凝土电杆具有承载力高，用钢量小，刚度大，自重轻，造价相对较低等优点，近年来受到广泛关注，并逐步在工程中得到应用。目前，中空夹层钢管混凝土杆塔构件拼接节点采用内外壁双刚性法兰的连接形式，在中空夹层钢管混凝土构件内部和外部均布置锚栓，使得内部构造复杂，施工难度大，具有较大的安全隐患，施工成本较高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种中空夹层钢管混凝土混合拼接节点，解决现有的钢管混凝土构件拼接节点由于构件内外侧均设置螺栓使得施工难度大的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种中空夹层钢管混凝土混合拼接节点，包括中空夹层钢管混凝土上柱、中空夹层钢管混凝土下柱以及连接中空夹层钢管混凝土上柱和中空夹层钢管混凝土下柱的连接件；所述的连接件包括第一主体板、第二主体板、螺栓、第一加劲肋和第二加劲肋；

所述的第一主体板的中心位置设置有第一通孔，所述的第一通孔孔壁沿第一通孔轴线方向延伸形成具有一定壁厚的第一环形凸台，所述的第一环形凸台与中空夹层钢管混凝土上柱的内钢管管壁对接，中空夹层钢管混凝土上柱的外钢管末端连接在第一主体板上；

所述的第二主体板的中心位置设置有第二通孔，所述的第二通孔孔壁沿第二通孔轴线方向延伸形成具有一定壁厚的第二环形凸台，所述的第二环形凸台与中空夹层钢管混凝土下柱的内钢管管壁对接，中空夹层钢管混凝土下柱的外钢管末端连接在第二主体板上；所述的第一环形凸台和第二环形凸台同轴对称；

所述的第一主体板上加工有螺栓连接孔，所述的连接孔设置在中空夹层钢管混凝土上柱的外钢管管壁的外围；所述的第二主体板上也加工有螺栓连接孔，第二主体板上的连接孔设置在中空夹层钢管混凝土下柱的外钢管管壁外围，且第一主体板上的连接孔与第二主体板上的连接孔同轴对称；所述的螺栓通过第一主体板上的连接孔和第二主体板上的连接孔将两者连接；

所述的第一加劲肋设置在中空夹层钢管混凝土上柱的外钢管与第一主体板的连接处，所述的第二加劲肋设置在中空夹层钢管混凝土下柱的外钢管与第二主体板的连接处。

具体的，所述的第一加劲肋和所述的第二加劲肋以第一主体板和第二主体板的连接面对称；所述的第一加劲肋与螺栓、第二加劲肋与螺栓均沿外钢管周向间隔设置。

具体的，所述的中空夹层钢管混凝土上柱包括内钢管、外钢管和内灌混凝土，所述的外钢管同轴套设在内钢管的外部，所述的内灌混凝土填充在内钢管和外钢管之间；所述的中空夹层钢管混凝土下柱的结构与中空夹层钢管混凝土上柱的结构相同。

具体的，所述的中空夹层钢管混凝土上柱的内钢管的截面形状为圆形，外钢管的截面形状为圆形或多边形。

具体的，所述的第一环形凸台的外壁为沿第一环形凸台顶部至第一主体板方向直径逐渐增加的斜坡状；所述的第二环形凸台的外壁为沿第二环形凸台顶部至第二主体板方向直径逐渐增加的斜坡状。

具体的，所述的第一主体板和第二主体板均为圆盘状。

具体的，所述的第一加劲肋和第二加劲肋的整体外部轮廓为三角形或梯形。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的螺栓只需要在外钢管外侧安装，避免了现有构件拼接节点需要施工人员进入中空夹层钢管混凝土柱内部拧紧内法兰螺栓的问题，简化了内部构造，使得内钢管和外钢管与连接件之间可在工厂预制，再运至现场进行安装，连接节点的制作效率和质量都得以提升，提高了施工的便捷性和安全性。

(2)本实用新型的连接件中的上空心短柱和下空心短柱的外壁均设置有渐变坡，这种渐变坡构造增加了钢管与连接件的连接刚度，进而保证了节点刚度。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本实用新型整体结构示意图。

图2是本实用新型连接件的结构示意图。

图3是本实用新型节点的剖面图。

图4是本实用新型结构的有限元模型边界条件及网格划分示意图。

图5是本实用新型的外钢管开始屈服时各部件的应力云图对比，其中， (a)为下柱外钢管，(b)为上柱外钢管，(c)为高强螺栓，(d)为第一主体板和第二主体板整体。

图6是本实用新型达到极限侧移时各部件的应力云图对比，其中，(a) 为下柱外钢管，(b)为上柱外钢管，(c)为高强螺栓，(d)为第一主体板和第二主体板整体。

图7是本实用新型的第一主体板和第二主体板在不同阶段的变形图对比，其中，(a)下柱外钢管开始屈服时，(b)极限侧移时。

图中各标号表示为：1-中空夹层钢管混凝土上柱，2-中空夹层钢管混凝土下柱，3-连接件；

11-内钢管，12-外钢管，13-浇注混凝土；

31-第一主体板，32-第二主体板，33-螺栓，34-第一加劲肋，35-第二加劲肋；

311-第一环形凸台；321-第二环形凸台。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本实用新型的具体实施方式，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。

如图1至图3所示，本实用新型公开了一种中空夹层钢管混凝土混合拼接节点，包括中空夹层钢管混凝土上柱1、中空夹层钢管混凝土下柱2以及连接中空夹层钢管混凝土上柱1和中空夹层钢管混凝土下柱2的连接件3；该连接件3包括第一主体板31、第二主体板32、螺栓33、第一加劲肋34 和第二加劲肋35；第一主体板31的中心位置设置有第一通孔(图中未标出)，第一通孔孔壁沿第一通孔轴线方向延伸形成具有一定壁厚的第一环形凸台 311，第一环形凸台311与中空夹层钢管混凝土上柱1的内钢管管壁对接，其中，中空夹层钢管混凝土上柱1的内钢管管壁与第一环形凸台311对接焊接，第一环形凸台311与内钢管接触处的壁厚较内钢管壁厚大2～3mm，以预留加工误差。中空夹层钢管混凝土上柱1的外钢管末端连接在第一主体板 31上。

第二主体板32的中心位置设置有第二通孔(图中未标出)，第二通孔孔壁沿第二通孔轴线方向延伸形成具有一定壁厚的第二环形凸台321，第二环形凸台321与中空夹层钢管混凝土下柱2的内钢管管壁对接，其中，中空夹层钢管混凝土下柱2的内钢管管壁与第二环形凸台321对接焊接，第二环形凸台321与内钢管接触处的壁厚较内钢管壁厚大2～3mm，以预留加工误差。中空夹层钢管混凝土下柱2的外钢管末端连接在第二主体板32上；第一环形凸台311和第二环形凸台321同轴对称；

第一主体板31上加工有螺栓连接孔，该连接孔设置在中空夹层钢管混凝土上柱1的外钢管管壁的外围；第二主体板32上也加工有螺栓连接孔，第二主体板32上的连接孔设置在中空夹层钢管混凝土下柱2的外钢管管壁外围，且第一主体板31上的连接孔与第二主体板32上的连接孔同轴对称；螺栓33通过第一主体板31上的连接孔和第二主体板32上的连接孔将两者连接；第一加劲肋34设置在中空夹层钢管混凝土上柱1的外钢管与第一主体板31的连接处，第二加劲肋35设置在中空夹层钢管混凝土下柱2的外钢管与第二主体板32的连接处。本实用新型的混合拼接节点可用于中空夹层钢管混凝土柱体的连接，也可用于柱体与横杆的连接。

本实用新型的螺栓只需要在外钢管外侧安装，避免了现有构件拼接节点需要施工人员进入中空夹层钢管混凝土柱内部拧紧内法兰螺栓的问题，简化了内部构造，使得内外钢管与连接件之间可在工厂预制，再运至现场进行安装，连接节点的制作效率和质量都得以提升，提高了施工的便捷性和安全性。

其中，中空夹层钢管混凝土上柱1包括内钢管11、外钢管12和内灌混凝土13，所述的外钢管12同轴套设在内钢管11的外部，所述的内灌混凝土13填充在内钢管11和外钢管12之间；具体的，中空夹层钢管混凝土上柱的内钢管11的截面形状为圆形，外钢管12的截面形状为圆形或多边形。中空夹层钢管混凝土下柱2的结构与中空夹层钢管混凝土上柱1的结构相同，也包括内钢管、外钢管和填充在内外钢管之间的内灌混凝土。

具体的，第一主体板31和第二主体板32均为圆盘状，这样与中空夹层钢管混凝土上柱和下柱的结构匹配；具体的，如图2所示，第一加劲肋34 和第二加劲肋35以第一主体板31和第二主体板32的连接面对称；第一加劲肋34与螺栓33、第二加劲肋与螺栓33均沿外钢管周向间隔设置。

具体的，第一加劲肋34和第二加劲肋35的整体外部轮廓为三角形或梯形，在本实用新型中优选三角形，既能达到加强的效果又能节约材料。

优选的，第一环形凸台311的外壁为沿第一环形凸台顶部至第一主体板 31方向直径逐渐增加的斜坡状；所述的第二环形凸台的外壁为沿第二环形凸台321顶部至第二主体板32方向直径逐渐增加的斜坡状。

以下通过有限元分析明确本实施例中空夹层钢管混凝土柱拼接节点的受力情况：

(1)模型建立

采用有限元软件ABAQUS对本实用新型专利进行有限元模拟，建立中空夹层钢管混凝土混合拼接节点模型。中空夹层钢管混凝土构件模型几何尺寸如表1所示，带颈锻造法兰模型几何尺寸如表2所示。

表1中空夹层钢管混凝土柱模型尺寸

表2带颈锻造法兰模型几何尺寸

有限元模型中所有单元均采用实体单元C3D8R，钢材采用理想弹塑性模型，外钢管均采用Q345，屈服强度为345MPa，内钢管均采用Q235，屈服强度为235MPa，螺栓采用8.8级高强螺栓，屈服强度为640MPa，弹性模量 E＝206000MPa，泊松比υ＝0.3。核心混凝土均采用C40混凝土。混凝土采用塑性损伤模型，其塑性损伤系数取值如表3所示。

表3混凝土材料塑性参数

内外钢管与核心混凝土之间的接触关系法向定义为硬接触，切向采用库伦摩擦模型，摩擦系数为0.6。内外钢管分别与连接件3绑定。核心混凝土与连接件之间采用硬接触。高强螺栓与连接件板体之间法向定义为硬接触，切向采用库伦摩擦模型，摩擦系数为0.3。按位移控制加载的方式在柱顶施加水平位移荷载，为了避免应力集中，在柱顶定义一个参考点和与之耦合的参考面，荷载施加于参考点上。有限元模型边界条件及网格划分如图4所示。

(2)结果分析

当柱顶位移达到203mm时，中空夹层钢管混凝土下柱2的外钢管开始局部屈服，应力云图如图5所示。当中空夹层钢管混凝土下柱2的外钢管开始屈服时，中空夹层钢管混凝土上柱1的外钢管应力较小，第一主体板311 和第二主体板321除与高强螺栓33接触部分由于应力集中而有较大应力外，其余部分应力水平较低，高强螺栓33应力较小。

当柱顶位移达到255mm时，应力云图如图6所示。中空夹层钢管混凝土下柱2的外钢管已经大面积屈服，而中空夹层钢管混凝土上柱1的外钢管才刚开始屈服，此时高强螺栓33并未屈服，仍然处于弹性状态，第一主体板31和第二主体板32整体应力水平较低，有足够的安全裕度。

主体板之间的间隙如图7所示。当中空夹层钢管混凝土下柱2的外钢管开始屈服时，第一主体板31和第二主体板32之间的间隙为4.46mm；达到极限侧移时，第一主体板31和第二主体板32之间的间隙为5.23mm，可以看出，第一主体板和第二主体板变形较小。

由以上各部件的应力发展可知，中空夹层钢管混凝土下柱2的外钢管最先开始屈服，当中空夹层钢管混凝土下柱2的外钢管开始屈服时，节点各部件均处于弹性状态，节点各部件应力水平较低。随着位移增大，中空夹层钢管混凝土下柱2的内钢管开始屈服，节点各部件应力增加。达到极限位移时，中空夹层钢管混凝土下柱2的外钢管已经大面积屈服，而此时螺栓应力水平较高，但仍然处于弹性阶段，主体板除与螺栓接触部分应力较大外，整体应力水平较低，尚有较大的安全裕度。因此，本实用新型的中空夹层钢管混凝土混合拼接节点具有足够的安全保证，可以应用于实际工程。

在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本实用新型的思想，同样应当视其为本实用新型所公开的内容。

Claims (7)

1.一种中空夹层钢管混凝土混合拼接节点，包括中空夹层钢管混凝土上柱(1)、中空夹层钢管混凝土下柱(2)以及连接中空夹层钢管混凝土上柱(1)和中空夹层钢管混凝土下柱(2)的连接件(3)；

其特征在于，所述的连接件(3)包括第一主体板(31)、第二主体板(32)、螺栓(33)、第一加劲肋(34)和第二加劲肋(35)；

所述的第一主体板(31)的中心位置设置有第一通孔，所述的第一通孔孔壁沿第一通孔轴线方向延伸形成具有一定壁厚的第一环形凸台(311)，所述的第一环形凸台(311)与中空夹层钢管混凝土上柱(1)的内钢管管壁对接，中空夹层钢管混凝土上柱(1)的外钢管末端连接在第一主体板(31)上；

所述的第二主体板(32)的中心位置设置有第二通孔，所述的第二通孔孔壁沿第二通孔轴线方向延伸形成具有一定壁厚的第二环形凸台(321)，所述的第二环形凸台(321)与中空夹层钢管混凝土下柱(2)的内钢管管壁对接，中空夹层钢管混凝土下柱(2)的外钢管末端连接在第二主体板(32)上；所述的第一环形凸台(311)和第二环形凸台(321)同轴对称；

所述的第一主体板(31)上加工有螺栓连接孔，所述的连接孔设置在中空夹层钢管混凝土上柱(1)的外钢管管壁的外围；所述的第二主体板(32)上也加工有螺栓连接孔，第二主体板(32)上的连接孔设置在中空夹层钢管混凝土下柱(2)的外钢管管壁外围，且第一主体板(31)上的连接孔与第二主体板(32)上的连接孔同轴对称；所述的螺栓(33)通过第一主体板(31)上的连接孔和第二主体板(32)上的连接孔将两者连接；

所述的第一加劲肋(34)设置在中空夹层钢管混凝土上柱(1)的外钢管与第一主体板(31)的连接处，所述的第二加劲肋(35)设置在中空夹层钢管混凝土下柱(2)的外钢管与第二主体板(32)的连接处。

2.如权利要求1所述的中空夹层钢管混凝土混合拼接节点，其特征在于，所述的第一加劲肋(34)和所述的第二加劲肋(35)以第一主体板(31)和第二主体板(32)的连接面对称；所述的第一加劲肋(34)与螺栓(33)、第二加劲肋与螺栓(33)均沿外钢管周向间隔设置。

3.如权利要求1所述的中空夹层钢管混凝土混合拼接节点，其特征在于，所述的中空夹层钢管混凝土上柱(1)包括内钢管(11)、外钢管(12)和内灌混凝土(13)，所述的外钢管(12)同轴套设在内钢管(11)的外部，所述的内灌混凝土(13)填充在内钢管(11)和外钢管(12)之间；所述的中空夹层钢管混凝土下柱(2)的结构与中空夹层钢管混凝土上柱(1)的结构相同。

4.如权利要求3所述的中空夹层钢管混凝土混合拼接节点，其特征在于，所述的中空夹层钢管混凝土上柱的内钢管(11)的截面形状为圆形，外钢管(12)的截面形状为圆形或多边形。

5.如权利要求1所述的中空夹层钢管混凝土混合拼接节点，其特征在于，所述的第一环形凸台(311)的外壁为沿第一环形凸台顶部至第一主体板(31)方向直径逐渐增加的斜坡状；所述的第二环形凸台的外壁为沿第二环形凸台(321)顶部至第二主体板(32)方向直径逐渐增加的斜坡状。

6.如权利要求1所述的中空夹层钢管混凝土混合拼接节点，其特征在于，所述的第一主体板(31)和第二主体板(32)均为圆盘状。

7.如权利要求1所述的中空夹层钢管混凝土混合拼接节点，其特征在于，所述的第一加劲肋和第二加劲肋的整体外部轮廓为三角形或梯形。