RU2601631C1

RU2601631C1 - Structural node connection

Info

Publication number: RU2601631C1
Application number: RU2015122983/03A
Authority: RU
Inventors: Александр Суренович Марутян
Original assignee: Александр Суренович Марутян
Priority date: 2015-06-15
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2016-11-10

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention relates to construction and can be used for node connections of space structures of buildings and other structures, for example, cross-bar structural systems or structural coating boards (floors). Structural node connection, mainly of round pipes, includes intersecting rods of belt grids with end plugs and cut-in zigzag planks, as well as diagonal grid elements with mashed and bent flat tips. Each of the tips is located between extending parts of the cut-in planks and is attached to them by means of bolts inside coaxial holes. Herewith the cut-in zigzag plates have the shape of isosceles trapezoids, lateral sides of which coincide with bending lines of the flat tips.

EFFECT: technical result is reducing material consumption and labour intensiveness of manufacturing and assembling.

1 cl, 7 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к строительству и может быть использовано для узловых соединений пространственных конструкций зданий и сооружений, например перекрестно-стержневых систем или структурных плит покрытий (перекрытий).The proposed technical solution relates to construction and can be used for nodal connections of the spatial structures of buildings and structures, such as cross-rod systems or structural slabs of coatings (floors).

Известно узловое соединение двухпоясной пространственной конструкции с обрамлениями уголками торцов элементов, где одна из полок каждой фасонки выполнена с уширением для крепления со стержнями решетки [Орлик В.М. Узловое соединение пространственных стержневых конструкций. - Авторское свидетельство №648703, 28.02.1979, бюл. №7]. Конструкцию собирают на болтах без сварки.Known is the nodal connection of a two-belt spatial structure with frames at the corners of the ends of the elements, where one of the shelves of each gusset is made with broadening for fastening with the rods of the lattice [V. Orlik Nodal connection of spatial bar structures. - Copyright certificate No. 648703, 02/28/1979, bull. No. 7]. The design is assembled on bolts without welding.

Недостатком такого узлового соединения является необходимость двойного реза трубчатых элементов, что повышает трудоемкость изготовления. Кроме того, болтовые стыки уголковых фасонок требуют соблюдения повышенной точности как при изготовлении, так и на монтаже конструкций.The disadvantage of this nodal connection is the need for double cutting of tubular elements, which increases the complexity of manufacturing. In addition, the bolted joints of the corner gussets require compliance with increased accuracy both in the manufacture and installation of structures.

В узле пересечения разрезных стержней из трубчатых профилей можно использовать типовое соединение на болтах, включающее врезные фасонки и торцевые заглушки [Металлические конструкции. В 3 т. Т. 1. Элементы конструкций. Учебник для вузов. / Под ред. В.В. Горева. - М.: Высшая школа, 2004. - С. 352, рис. 6.20]. Врезные фасонки одним концом проходят через середины торцов соединяемых стержней, деля каждую из торцевых заглушек на две равные части, а другим концом являются продолжением стержней, в котором расположены отверстия под болты. Если глубина врезки в 1,5…1,6 раза и более превышает диаметр трубы (высоту сечения), то влияние эксцентриситета на работу фасонки можно не принимать во внимание при расчете растянутых стержней, а в сжатых - учесть это влияние коэффициентом условий работы равным 0,6. При этом отмеченные параметры глубины врезки обеспечивают равнопрочность стержня и прикрепления к нему врезной фасонки. На монтаже выступающие части фасонок заводят друг на друга внахлест, и после совмещения отверстий крепят болтами.In the node of intersection of split rods from tubular profiles, you can use a typical bolted connection, including mortise gussets and end caps [Metal construction. In 3 t. T. 1. Elements of structures. Textbook for high schools. / Ed. V.V. Grief. - M.: Higher School, 2004 .-- S. 352, Fig. 6.20]. Mortise gussets at one end pass through the midpoints of the ends of the connected rods, dividing each of the end caps into two equal parts, and the other end is a continuation of the rods in which the holes for the bolts are located. If the insertion depth is 1.5 ... 1.6 times or more greater than the diameter of the pipe (section height), then the influence of eccentricity on the operation of the gusset can not be taken into account when calculating the extended rods, and in compressed ones, consider this influence by the coefficient of working conditions equal to 0 , 6. At the same time, the noted parameters of the insertion depth ensure equal strength of the rod and the attachment of the cut-in gusset to it. At the installation, the protruding parts of the gussets overlap each other, and after aligning the holes, they are bolted.

Недостатком этого узлового соединения при пересечении в нем четырех стержневых элементов является наличие суммарного эксцентриситета, что вызывает дополнительный изгибающий момент и повышает материалоемкость конструкций.The disadvantage of this nodal connection at the intersection of four core elements in it is the presence of total eccentricity, which causes an additional bending moment and increases the material consumption of the structures.

Еще одним известным техническим решением является пространственная ферма (структурная конструкция) из трубчатых стержней, образованная поясными сетками, параллельными друг другу и соединенными между собой в узлах раскосами. В местах пересечения стержневые элементы поясов и раскосов одного направления прерываются, а другого - остаются непрерывными. Стержневые элементы выполнены со сплющенными концами в виде плоских наконечников. Кроме того, в местах, делящих по длине их пополам, они сплющены с выделением плоских участков. При помощи одиночных гибов плоских наконечников и двойных гибов средних участков стержневым элементам раскосов придают V-образную форму. В соединительных узлах, совпадающих с местами пересечения, прерываемые стержневые элементы одного направления заводят друг на друга внахлестку и стыкуют с непрерывными стержневыми элементами другого направления при помощи центрально расположенных болтов и сдвоенных пар прижимных шайб [Space truss. - ЕР 1496166А1, 12.01.2005, bulletin 2005/02].Another well-known technical solution is a spatial truss (structural structure) of tubular rods formed by waist grids parallel to each other and interconnected in nodes by braces. At the intersection, the core elements of belts and braces of one direction are interrupted, and the other remain continuous. The rod elements are made with flattened ends in the form of flat tips. In addition, in places dividing in half by their length, they are flattened with the allocation of flat sections. With the help of single bends of flat tips and double bends of the middle sections, the rod elements of the braces are given a V-shape. In connecting nodes that coincide with the intersection, interrupted rod elements of one direction overlap each other and are joined with continuous rod elements of another direction with centrally located bolts and double pairs of pressure washers [Space truss. - EP 1496166A1, 12.01.2005, bulletin 2005/02].

Недостаток этого технического решения заключается в том, что сдвоенные пары прижимных шайб увеличивают трудозатраты изготовления и расход конструкционного материала, а их суммарная толщина является причиной заметных расцентровок в соединительных узлах. Узловые расцентровки могут привести к эксцентриситетам, превышающим одну четвертую высоты поясного элемента. В таких случаях необходимо учитывать дополнительные напряжения от моментов, что сопровождается повышением материалоемкости несущих конструкций.The disadvantage of this technical solution is that double pairs of clamping washers increase the labor costs of manufacturing and the consumption of structural material, and their total thickness is the reason for noticeable misalignment in the connecting nodes. Nodal offsets can result in eccentricities exceeding one fourth of the height of the waist element. In such cases, it is necessary to take into account additional stresses from moments, which is accompanied by an increase in the material consumption of the supporting structures.

Известно еще одно узловое соединение пересекающихся стержней, преимущественно трубчатых, включающее фланцы (торцевые заглушки) и врезанные в трубы планки (фасонки), скрепленные выступающими частями между собой внахлест посредством пропущенных в соосные отверстия болтов. При этом планки врезаны, по крайней мере, в двух уровнях по высоте сечения стержней перпендикулярно и симметрично по отношению к их продольным осям. Кроме того, между боковыми кромками выступающих частей планок и стенками стержней образованы зазоры [Аванесов С.И., Марутян А.С., Трофимов В.И., Пименов И.Л., Саркисян О.В. Узловое соединение пересекающихся стержней. - Авторское свидетельство №1325144, 23.07.1987, бюл. №27].Another nodal connection of intersecting rods, mainly tubular, is known, including flanges (end caps) and trims (gussets) cut into the pipes, fastened by protruding parts to each other with an overlap by means of bolts passed into the coaxial holes. In this case, the slats are cut in at least two levels along the height of the section of the rods perpendicularly and symmetrically with respect to their longitudinal axes. In addition, gaps are formed between the lateral edges of the protruding parts of the slats and the walls of the rods [Avanesov S.I., Marutyan A.S., Trofimov V.I., Pimenov I.L., Sargsyan O.V. Nodal connection of intersecting rods. - Copyright certificate No. 1325144, 07.23.1987, bull. No. 27].

Недостатком такого узлового соединения является определенная сложность производства монтажных работ из-за расположения врезных планок стержневых элементов одного направления по высоте между планками элементов другого направления. Причем наличие двойных прорезей в боковых стенках трубчатых элементов пересекающихся стержней увеличивает трудоемкость изготовления конструкций, особенно в случае применения круглых труб.The disadvantage of this nodal connection is the certain complexity of the installation work due to the location of the mortise bars of the rod elements of one direction in height between the bars of the elements of another direction. Moreover, the presence of double slots in the side walls of the tubular elements of the intersecting rods increases the complexity of manufacturing structures, especially in the case of round pipes.

Наиболее близким техническим решением (принятым за прототип) к предлагаемому является узловое соединение пересекающихся стержней, преимущественно из круглых труб, включающее торцевые заглушки и врезные планки. Планки размещены в середине по высоте сечения стержней перпендикулярно и симметрично по отношению к их продольным осям. Планки скреплены выступающими частями между собой внахлест посредством пропущенных в соосные отверстия болтов. Каждая из планок имеет зигзагообразную форму с параллельными друг другу выступающими частями. Все контактирующие поверхности болтовых нахлесточных соединений лежат в одной плоскости с продольными осями пересекающихся стержней [Марутян А.С., Янукян Г.М. Узловое соединение пересекающихся стержней. - Патент №2358068, 10.06.2009, бюл. №16].The closest technical solution (adopted as a prototype) to the proposed one is a nodal connection of intersecting rods, mainly of round pipes, including end caps and mortise bars. The strips are placed in the middle of the height of the cross section of the rods perpendicularly and symmetrically with respect to their longitudinal axes. The strips are fastened by protruding parts between themselves overlapping by means of bolts passed into the coaxial holes. Each of the strips has a zigzag shape with protruding parts parallel to each other. All contact surfaces of the bolted lap joints lie in the same plane with the longitudinal axes of the intersecting rods [Marutyan AS, Yanukyan GM Nodal connection of intersecting rods. - Patent No. 2358068, 06/10/2009, bull. No. 16].

Недостаток прототипа заключается в том, что, соединяя пересекающиеся стержни поясных сеток, он не позволяет стыковать с ними раскосные элементы решетки и тем самым ограничивает область применения. Поэтому для использования в пространственных перекрестно-стержневых (структурных) конструкциях прототип нуждается в определенной доработке.The disadvantage of the prototype is that, by connecting the intersecting rods of the waist grids, it does not allow the diagonal elements of the lattice to be joined with them and thereby limits the scope. Therefore, for use in spatial cross-rod (structural) structures, the prototype needs some refinement.

Техническим результатом предлагаемого решения является расширение области его применения с уменьшением расхода конструкционного материала, а также снижением трудоемкости изготовления и монтажа.The technical result of the proposed solution is to expand its scope with a decrease in the consumption of structural material, as well as a decrease in the complexity of manufacturing and installation.

Указанный технический результат достигается тем, что в узловом соединении структурной конструкции, преимущественно из круглых труб, включающем пересекающиеся стержни поясных сеток с торцевыми заглушками и врезными зигзагообразными планками, а также раскосные элементы решетки со сплющенными и отогнутыми плоскими наконечниками, каждый из наконечников расположен между выступающими частями врезных планок и скреплен с ними посредством пропущенных в соосные отверстия болтов. При этом врезные зигзагообразные планки имеют форму равнобедренных трапеций, боковые стороны которых совпадают с линиями гибов плоских наконечников.The indicated technical result is achieved in that in the nodal connection of the structural structure, mainly from round pipes, including intersecting waist net rods with end caps and mortise zigzag planks, as well as diagonal lattice elements with flattened and bent flat tips, each of the tips is located between the protruding parts mortise strips and fastened with them by means of bolts passed into the coaxial holes. In this case, the cut-in zigzag planks have the shape of isosceles trapeziums, the sides of which coincide with the bending lines of flat tips.

Предлагаемое узловое соединение структурной конструкции имеет достаточно универсальное техническое решение. Так, узел на врезных планках упрощается, когда через его внутриузловую полость проходит цельный (неразрезной) стержневой элемент одного из пересекающихся направлений, и количество торцевых заглушек сокращается вдвое. Одновременно с этим также упрощаются планки, врезанные в цельный элемент, которые могут иметь плоскую форму.The proposed nodal connection of the structural design has a fairly universal technical solution. So, the knot on the cut-in slats is simplified when a solid (continuous) core element of one of the intersecting directions passes through its intra-node cavity, and the number of end caps is halved. At the same time, the planks embedded in the integral element, which may have a flat shape, are also simplified.

В качестве другого примера использования предлагаемого узлового соединения можно привести один из вариантов структурной конструкции беспрогонного покрытия, где цельные (неразрезные) стержневые элементы одного из пересекающихся направлений выполнены из трубчатых профилей прямоугольного сечения.As another example of the use of the proposed nodal connection, one of the structural design options for the endless coating can be cited, where the solid (continuous) core elements of one of the intersecting directions are made of tubular profiles of rectangular cross section.

Предлагаемое техническое решение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 приведено узловое соединение структурной конструкции из круглых труб, вид сверху (болтовые крепления условно не показаны); на фиг. 2 - боковой разрез узла в уровне верхней поясной сетки (болтовые крепления условно не показаны); на фиг. 3 - боковой разрез узла в уровне нижней поясной сетки (болтовые крепления условно не показаны); на фиг. 4 показано узловое соединение структурной конструкции беспрогонного покрытия, вид сверху (болтовые крепления условно не показаны); на фиг. 5 - боковой разрез узла в уровне верхней поясной сетки беспрогонного покрытия (болтовые крепления условно не показаны); на фиг. 6 представлен снимок фрагмента опытного образца узлового соединения после его испытания на разрыв; на фиг. 7 - диаграмма растяжения опытного образца узлового соединения.The proposed technical solution is illustrated by graphic materials, where in FIG. 1 shows the nodal connection of the structural design of round pipes, a top view (bolt mountings are not conventionally shown); in FIG. 2 - a lateral section of the assembly at the level of the upper waist mesh (bolt mountings are not conventionally shown); in FIG. 3 - a lateral section of the assembly at the level of the lower waist mesh (bolt mountings are not conventionally shown); in FIG. 4 shows the nodal connection of the structural structure of the driveless coating, top view (bolt mountings are not conventionally shown); in FIG. 5 is a lateral section of the assembly at the level of the upper waist mesh of the impregnated coating (bolt mountings are not conventionally shown); in FIG. 6 is a snapshot of a fragment of a prototype nodal joint after its tensile test; in FIG. 7 is a tensile diagram of a prototype nodal joint.

Узловое соединение структурной конструкции, преимущественно из круглых труб, включает пересекающиеся стержни поясных сеток 1 и раскосные элементы решетки 2. В торцах пересекающихся стержней 1 расположены заглушки (фланцы) 3 и планки (фасонки) 4. Зигзагообразные планки 4, скрепленные выступающими частями между собой внахлест, имеют форму равнобедренных трапеций и врезаны в середине по высоте сечений стержней 1 перпендикулярно и симметрично по отношению к их продольным осям. Торцы раскосных элементов 2 сплющены и отогнуты в виде плоских наконечников 5. В собранном на монтаже узловом соединении каждый из наконечников 5 расположен между выступающими частями врезных планок 4 и скреплен с ними посредством болтов, пропущенных в соосные отверстия 6. При этом боковые стороны врезных планок 4 совпадают с линиями гибов плоских наконечников 5.The nodal connection of the structural structure, mainly from round pipes, includes intersecting rods of waist belts 1 and diagonal elements of the lattice 2. At the ends of the intersecting rods 1 are plugs (flanges) 3 and strips (gussets) 4. Zigzag brackets 4 fastened by protruding parts overlapping , have the shape of isosceles trapezoids and are cut in the middle along the height of the sections of the rods 1 perpendicularly and symmetrically with respect to their longitudinal axes. The ends of the diagonal elements 2 are flattened and bent in the form of flat tips 5. In the assembled assembly connection, each of the tips 5 is located between the protruding parts of the mortise bars 4 and fastened to them by means of bolts passed into the coaxial holes 6. The sides of the mortise bars 4 coincide with the lines of the bends of the flat tips 5.

Стержни одного из пересекающихся направлений могут быть выполнены цельными в виде неразрезного стержневого элемента 7, а врезанные в него планки 8 - плоскими.The rods of one of the intersecting directions can be made integral in the form of a continuous rod element 7, and the slats 8 cut into it are flat.

Результаты экспериментальных исследований соединительного узла стержневых элементов из круглых труб на врезных планках подтвердили его необходимую и достаточную надежность, а также перспективность дальнейшей проработки для рационального и эффективного применения в структурных (пространственно-стержневых) конструкциях [Марутян А.С. Узловые соединения перекрестных систем и их расчет. - Строительная механика и расчет сооружений, 2010, №3. - С. 18-26]. Поэтому в предлагаемом узловом соединении выявленная надежность врезных планок позволяет придать им дополнительные функции с использованием в качестве прижимных деталей плоских наконечников раскосных элементов решетки, что способствует расширению области применения с уменьшением расхода конструкционного материала, а также снижением трудоемкости изготовления и монтажа.The results of experimental studies of the connecting node of the rod elements of round pipes on the cut-in planks confirmed its necessary and sufficient reliability, as well as the prospect of further development for rational and effective use in structural (spatial-rod) structures [Marutyan A.S. Nodal connections of cross-systems and their calculation. - Structural mechanics and calculation of structures, 2010, No. 3. - S. 18-26]. Therefore, in the proposed nodal connection, the revealed reliability of the cut-in slats allows you to give them additional functions using the flat tips of the diagonal lattice elements as clamping parts, which helps to expand the scope with a decrease in the consumption of structural material, as well as reducing the complexity of manufacturing and installation.

Формирование сплющенных (плоские наконечники) и переходных частей раскосных элементов решетки рекомендуется производить с обеспечением уклона переходного участка 1/6…1/4 [1. Трофимов В.И., Каминский A.M. Легкие металлические конструкции зданий и сооружений: Учебное пособие. - М.: Изд-во АСВ, 2002. - С. 152; 2. J.A. Packer, J. Wardenier, X.-L. Zhao, G.J. van der Vegte and Y. Kurobane. Construction with hollow steel sections. Design Guide for rectangular hollow section (RHS) joints under predominantly static loading. CIDECT, 2009. - P. 102]. По линиям гибов плоских наконечников образуются листовые шарниры, что обеспечивает близкое соответствие расчетной схемы конструкции в виде шарнирно-стержневой системы ее действительной работе и сопровождается увеличением надежности узлового соединения.The formation of flattened (flat tips) and transitional parts of the diagonal elements of the lattice is recommended to be made with a slope of the transitional section 1/6 ... 1/4 [1. Trofimov V.I., Kaminsky A.M. Lightweight metal structures of buildings and structures: Textbook. - M.: Publishing house of the DIA, 2002. - S. 152; 2. J.A. Packer, J. Wardenier, X.-L. Zhao, G.J. van der Vegte and Y. Kurobane. Construction with hollow steel sections. Design Guide for rectangular hollow section (RHS) joints under predominantly static loading. CIDECT, 2009. - P. 102]. Sheet hinges are formed along the bending lines of flat tips, which ensures close correspondence of the design design in the form of a hinge-rod system to its actual operation and is accompanied by an increase in the reliability of the nodal connection.

Claims

Nodal connection of a structural structure, mainly from round pipes, including intersecting rods of waist mesh with end caps and mortise zigzag bars, as well as diagonal lattice elements with flattened and bent flat tips, characterized in that each of the tips is located between the protruding parts of the mortise straps and fastened with them by means of bolts passed into the coaxial holes, and the cut-in zigzag planks have the shape of isosceles trapeziums, the sides of the cat They coincide with the bending lines of flat tips.