CN210032090U - 一种适用于矩形杆件铝合金网格结构的装配式空心毂节点 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于矩形杆件铝合金网格结构的装配式空心毂节点，用于连接需要装配的矩形杆件，包括空心毂体和角码连接件；每根所述矩形杆件均通过所述角码连接件与所述空心毂体相连接，每根所述矩形杆件配备两个所述角码连接件，两个所述角码连接件分别设置在所述矩形杆件的内部并位于所述矩形杆件与所述空心毂体连接端的上、下端角，所述角码连接件的一边通过虎克螺栓与所述矩形杆件固定连接、另一边通过不锈钢螺栓与所述空心毂体固定连接。本实用新型具有构造简单、传力明确等优点，节点刚度和承载力可以得到有效保证，有利于实现各类空间网格结构的配化施工，有效节省工期、降低施工难度，可有效促进铝合金空间网格结构的推广应用。

Description

一种适用于矩形杆件铝合金网格结构的装配式空心毂节点

技术领域

本实用新型涉及空间网格结构的节点形式，特别涉及一种适用于矩形杆件铝合金网格结构的装配式空心毂节点。

背景技术

目前，应用于空间网格结构的节点形式可分为焊接节点和装配式节点两种。焊接节点如焊接空心球节点和相贯节点等，具有传力明确、力学性能优良等特点，但焊缝处可能存在较大的焊接残余应力，且人工成本较高、施工工艺复杂。装配式节点如螺栓球节点、板式节点、嵌入式毂节点具有施工方便等优点，但往往节点构造较为复杂且存在平面外刚度不足等问题。

由于铝合金结构和钢结构在材料特性方面存在较大差异，热加工性能较差、焊接质量难以控制、焊接热影响较大、焊接成本高。因此，目前铝合金结构通常不采用焊接节点，仅采用板式节点、铝合金螺栓球节点、嵌入式毂节点和铸铝节点等装配式节点。在上述节点体系中，板式节点只适用于H型截面构件连接，无法应用于其他形式截面，且因受国外专利制约造价较高，同时节点域腹板间断，仅依靠上下盖板传递内力，其安全性能有待进一步验证；铝合金螺栓球节点主要针对圆形截面杆件的连接，但其刚度特性接近铰接，不宜用于单层网壳；铸铝节点用于连接矩形截面杆件，具有良好的平面外刚度，但是铸铝延性差、造价高，制约了其工程应用；嵌入式节点则存在平面内刚度较弱等问题。

因此，目前仍需发展拥有良好的传力机制和可靠性、加工制作方便、造价低、便于大规模生产加工的铝合金空间结构装配式节点。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种适用于矩形杆件铝合金网格结构的装配式空心毂节点，本实用新型节点具有构造简单、传力明确等优点，节点刚度和承载力可以得到有效保证，有利于实现各类空间网格结构的配化施工，有效节省工期、降低施工难度，可有效促进铝合金空间网格结构的推广应用。

本实用新型所采用的技术方案是：一种适用于矩形杆件铝合金网格结构的装配式空心毂节点，用于连接需要装配的矩形杆件，包括空心毂体和角码连接件；每根所述矩形杆件均通过所述角码连接件与所述空心毂体相连接，每根所述矩形杆件配备两个所述角码连接件，两个所述角码连接件分别设置在所述矩形杆件的内部并位于所述矩形杆件与所述空心毂体连接端的上、下端角，所述角码连接件的一边通过虎克螺栓与所述矩形杆件固定连接、另一边通过不锈钢螺栓与所述空心毂体固定连接。

进一步的，所述空心毂体的内壁上设置有用于和所述不锈钢螺栓连接的弧形垫片。

进一步的，所述矩形杆件和所述角码连接件与所述空心毂体的接触面为与所述空心毂体外壁面相契合的弧形结构。

进一步的，所述空心毂体的厚度按按如下计算：

式中，N_hub为空心毂体的轴向承载力，设计值为矩形杆件的轴向承载力设计值的1.0～1.3倍；M_hub为空心毂体的平面外抗弯承载力，设计值为矩形杆件的平面外抗弯承载力设计值的1.0～1.3倍；H、D分别为空心毂体的高度和外径，设计值根据矩形杆件的截面大小确定；f_0.2为空心毂体所采用材料的条件屈服强度；t为空心毂体的厚度；

根据公式(1)和公式(2)分别得到两个空心毂体厚度值，取两个值中的较大值为空心毂体的厚度设计值。

进一步的，当所述空心毂体的厚度设计值与外径设计值的比值大于1/10时，在所述空心毂体的内部设置环向或径向加劲肋，以减小所述空心毂体的厚度。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型装配式空心毂节点的主要优势体现在：1.具有较好的承载性能，节点刚度及承载力可满足各类铝合金空间结构的设计要求；2.可实现和不同高度矩形截面杆件的可靠连接；3.节点自重轻、加工制作成本低、施工工艺简单，有助于实现未来铝合金网壳的装配化生产。

附图说明

图1：本实用新型装配式空心毂节点的结构示意图；

图2：本实用新型装配式空心毂节点的剖视结构示意图。

附图标注：1.空心毂体；2.弧形垫片；3.不锈钢螺栓；4.虎克螺栓；5.角码连接件；6.矩形杆件。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如附图1和图2所示，一种适用于矩形杆件6铝合金网格结构的装配式空心毂节点，用于连接需要装配的矩形杆件6。装配式空心毂节点主要由六部分组成：空心毂体1、弧形垫片2、不锈钢螺栓3、虎克螺栓4、角码连接件5和矩形杆件6。

每根所述矩形杆件6均通过所述角码连接件5与所述空心毂体1相连接；每根所述矩形杆件6配备两个所述角码连接件5，两个所述角码连接件5分别设置在所述矩形杆件6的内部并位于所述矩形杆件6与所述空心毂体1连接的端部的上、下端角，所述角码连接件5的一边与所述矩形杆件6的上端面或下端面的内壁相贴合，并通过所述虎克螺栓4与所述矩形杆件6的上端面或下端面固定连接，所述角码连接件5的另一边与所述空心毂体1的外壁面相贴合，并通过所述不锈钢螺栓3与所述空心毂体1的壁面固定连接。所述弧形垫片2设置在所述空心毂体1的内壁上，用于和所述不锈钢螺栓3连接。

其中，所述空心毂体1由厚壁铝合金管材机械加工制作。所述矩形杆件6及角码连接件5与所述空心毂体1接触面切削为弧形，以实现和所述空心毂体1紧密、可靠的连接。所述角码连接件5宜不锈钢材料，其形式与尺寸应符合现行国家标准《不锈钢冷轧钢板和钢带》GB/T 3280的要求，且应预先进行机加工打孔。所述不锈钢螺栓3的形式与尺寸应符合现行国家标准《紧固件机械性能不锈钢紧定螺钉》GB/T 3098.19的要求，同时还应满足《铝合金结构设计规范》中规定的最大、最小容许距离的构造要求；所述不锈钢螺栓3螺纹规格宜取M8～M36。所述虎克螺栓4应采用不锈钢材料，其直径不宜小于3mm，栓杆长度应根据连接板件的厚度确定。本实用新型空心毂节点的设计、加工制作、安装验收等均应满足现行国家标准《铝合金结构设计规范》GB 50429的规定。

本实用新型空心毂节点在空间网格结构中可传递杆件轴力、弯矩以及剪力。在进行节点设计时，应首先根据空间结构跨度和高度确定矩形杆件6的截面大小和相邻矩形杆件6的交角，之后可进一步确定空心毂体1的高度和外径，其中，空心毂体1的高度取值在矩形杆件6高度的±20％以内，空心毂体1的外径在满足构造要求的条件下取值越小越好，应保证相邻矩形杆件6在空心毂体1外侧不相碰并满足矩形杆件6接触面的要求。

空心毂体1的轴向承载力可按下式进行计算：

空心毂体1的平面外抗弯承载力可按下式进行计算：

式中，N_hub为空心毂体1的轴向承载力，M_hub为空心毂体1的平面外抗弯承载力；H、t、D分别为空心毂体1的高度、厚度和外径；f_0.2为空心毂体1所采用材料的条件屈服强度。

根据“强节点、弱构件”原则，应满足空心毂体1承载力设计值大于等于矩形杆件6承载力设计值，本实施例中，空心毂体1的轴向承载力和平面外抗弯承载力的设计值分别为矩形杆件6的轴向承载力和平面外抗弯承载力设计值的1.0～1.3倍。

根据公式(1)和公式(2)分别得到两个空心毂体1厚度值，取两个值中的较大值为空心毂体1的厚度设计值。

当按照上式设计得到的空心毂体1厚度过大(厚度设计值与外径设计值的比值大于1/10)时，可考虑在空心毂体1的内部设置环向或径向加劲肋。在等强度条件下，设置加劲肋可有效减小空心毂体1的厚度，从而减轻节点自重、降低造价。当节点受压时，加劲肋板件最大宽厚比应满足《铝合金结构设计规范》受压板件宽厚比限值的相关规定。

此外，应对角码连接件5进行抗拉强度及抗弯强度验算。应按照《铝合金结构设计规范》、《GB3098.19-2004-T紧固件机械性能抽芯铆钉》的相关规定，对不锈钢螺栓3、虎克螺栓4的连接强度进行验算。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型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，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适用于矩形杆件铝合金网格结构的装配式空心毂节点，用于连接需要装配的矩形杆件(6)，其特征在于，包括空心毂体(1)和角码连接件(5)；每根所述矩形杆件(6)均通过所述角码连接件(5)与所述空心毂体(1)相连接，每根所述矩形杆件(6)配备两个所述角码连接件(5)，两个所述角码连接件(5)分别设置在所述矩形杆件(6)的内部并位于所述矩形杆件(6)与所述空心毂体(1)连接端的上、下端角，所述角码连接件(5)的一边通过虎克螺栓(4)与所述矩形杆件(6)固定连接、另一边通过不锈钢螺栓(3)与所述空心毂体(1)固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于矩形杆件铝合金网格结构的装配式空心毂节点，其特征在于，所述空心毂体(1)的内壁上设置有用于和所述不锈钢螺栓(3)连接的弧形垫片(2)。

3.根据权利要求1所述的一种适用于矩形杆件铝合金网格结构的装配式空心毂节点，其特征在于，所述矩形杆件(6)和所述角码连接件(5)与所述空心毂体(1)的接触面为与所述空心毂体(1)外壁面相契合的弧形结构。

4.根据权利要求1所述的一种适用于矩形杆件铝合金网格结构的装配式空心毂节点，其特征在于，所述空心毂体(1)的厚度按按如下计算：

式中，N_hub为空心毂体(1)的轴向承载力，设计值为矩形杆件(6)的轴向承载力设计值的1.0～1.3倍；M_hub为空心毂体(1)的平面外抗弯承载力，设计值为矩形杆件(6)的平面外抗弯承载力设计值的1.0～1.3倍；H、D分别为空心毂体(1)的高度和外径，设计值根据矩形杆件(6)的截面大小确定；f_0.2为空心毂体(1)所采用材料的条件屈服强度；t为空心毂体(1)的厚度；

根据公式(1)和公式(2)分别得到两个空心毂体(1)厚度值，取两个值中的较大值为空心毂体(1)的厚度设计值。

5.根据权利要求1所述的一种适用于矩形杆件铝合金网格结构的装配式空心毂节点，其特征在于，当所述空心毂体(1)的厚度设计值与外径设计值的比值大于1/10时，在所述空心毂体(1)的内部设置环向或径向加劲肋，以减小所述空心毂体(1)的厚度。

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