专利名称：方钢管端部挤压螺栓对接无凸拼接节点及其施工方法
技术领域：
本发明涉及建筑钢结构施工技术领域，具体是一种方钢管的连接节点及其施工方法。
背景技术：
钢结构建筑具有强度高、自重轻、施工速度快、抗震性能好及工业化程度高等特点。钢结构构件通过连接节点组成结构体系，节点形式的选择对于结构整体性、可靠度、建设周期以及附属构件设计施工有着直接的影响。钢结构节点主要实现梁、柱、支撑等构件的拼接及连接。已有的钢结构节点形式多样，根据节点刚度特性可分为刚接节点、铰接节点和半刚性节点。连接方式有焊缝连接、螺 栓连接、铆钉连接等，铆钉连接现在已很少使用。现有钢结构节点存在一些缺点，例如
I、焊缝连接施工工艺高、高空作业难度大以及产生电火花等问题不利于钢结构建筑的现场施工。2、焊缝连接耗时多不利于实现钢结构建筑的快速安装。3、常规螺栓或高强螺栓用普通扳手紧固时，扳手需套在螺母、螺帽周围，因此节点设计时需预留较大的操作空间，小尺寸构件常常因为不能满足螺栓操作空间等构造要求而无法采用螺栓连接。4、一般的钢结构节点由于存在盖板、耳板等构造，需凸出被连接构件，对相邻构件设计施工产生不利影响。如为了实现上下两根等截面钢管柱的拼接，如有盖板、耳板、螺栓等凸出于柱的四周尺寸，墙体的布置会受到影响，或者需加厚墙体以掩盖柱及柱柱节点构造，或者让柱及柱柱节点凸出于墙体外，影响美观及空间利用。
发明内容
本发明提供一种方钢管端部挤压螺栓对接无凸拼接节点及其施工方法，要解决现有方钢管的节点连接方式现场施工操作不便、连接构件设计施工复杂、节点刚度不足，以及安装后需改变外缘尺寸的技术问题。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
这种方钢管端部挤压螺栓对接无凸拼接节点，包括上段方钢管和下段方钢管，该节点还包括连接在上段方钢管和下段方钢管之间的上端板、下端板和异形螺栓；
所述上段方钢管底端四边各有一个内凹槽，上段方钢管底端与上端板焊接，上端板四周各开有至少一个落于内凹槽中的螺栓孔；
所述下段方钢管顶端四边各有一个内凹槽，下段方钢管顶端与下端板焊接，下端板四周各开有至少一个落于内凹槽中的螺栓孔；
所述异形螺栓的螺帽上部周边有一圈齿轮状凹槽；
所述上端板和下端板上的螺栓孔位置上下对应，异形螺栓穿过上端板和下端板上的螺栓孔，将上段方钢管和下段方钢管固定。所述上端板和下端板的尺寸等于或大于与之连接的方钢管。所述上端板和下端板与方钢管均采用熔透坡口焊接。这种方钢管端部挤压螺栓对接无凸拼接节点的施工方法，施工步骤如下
步骤一，工厂预制构件，根据设计将上段方钢管的底端和下段方钢管的顶端挤压出内
凹槽，内凹槽的大小需满足异形螺栓的安装空间要求，在上端板和下端板的四周开设与内凹槽位置对应的螺栓孔，将上端板与上段方钢管的底端焊接，下端板与下段方钢管的顶端焊接；
步骤二，现场安装时，将待连接的上、下段方钢管端板上的螺栓孔对齐，插入异形螺栓，拧紧螺母，将上段方钢管和下段方钢管固定。 所述内凹槽的挤压采用多次挤压成型的方法。所述异形螺栓拧紧的方法为先初拧螺母，然后将螺母固定防止转动，把螺帽套上齿轮带，使齿轮带与齿轮状凹槽啮合，再用扳手通过齿轮带向螺帽传递扭力，实现紧固。本发明的有益效果如下
I、本发明将被连接方钢管端部挤压成凹形，为螺栓布置连接留出空间。因此螺栓可完全置于凹槽空间内，整个节点无耳板、无端板，实现连接节点的无构造突出被连接方钢管四周尺寸，方便相邻构件的设计安装。2、本发明通过端板和螺栓实现连接，端板在工厂预制中也与方钢管焊接。在施工现场只需将上下端板栓接即可，无需焊接。因此简化了施工工序、缩短了施工时间、节省了人力成本。同时也减少了高空作业量、避免焊接电火花产生等安全隐患。现场全栓接无焊缝的连接方式较有焊缝的连接方式具有更高的施工质量保证。3、由于钢管端部挤压变形不能太大，常规螺栓或高强螺栓连接所需要的操作空间可能无法得到满足，因此本发明特别设计了异形螺栓。这种螺栓螺帽较一般螺帽厚，在螺帽上部设计为类似齿轮状，可通过齿轮带，用扳手在节点区外部拧紧，扳手不用伸入节点区。因此异形螺栓较一般的螺栓能够大大降低需预留的操作空间，同时方钢管端部需挤压变形的空间也可降低。本发明的节点形式操作简便、施工速度快、安装精度高、节省劳力，在建筑钢结构施工领域具有广阔的应用前景。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图I是本发明拼接节点的整体轴侧图。图2是异形螺栓的结构示意图。附图标记1 一上段方钢管、2 —下段方钢管、3 —上端板、4 一下端板、5 —异形螺栓、6 —内凹槽、7 —齿轮状凹槽、8-螺栓孔。
具体实施例方式实施例参见图I所示，这种方钢管端部挤压螺栓对接无凸拼接节点，包括上段方钢管I和下段方钢管2，该节点还包括连接在上段方钢管I和下段方钢管2之间的上端板3、下端板4和异形螺栓5。上段方钢管I底端四边各有一个内凹槽6，上段方钢管I底端与上端板3焊接，上端板3四周各开有至少一个落于内凹槽6中的螺栓孔3. I。下段方钢管2顶端四边各有一个内凹槽6，下段方钢管2顶端与下端板4焊接，下端板4四周各开有至少一个落于内凹槽6中的螺栓孔4. I。上端板3和下端板4上的螺栓孔位置上下对应，异形螺栓5穿过上端板3和下端板4上的螺栓孔，将上段方钢管I和下段方钢管2固定。上端板3和下端板4的尺寸等于与之连接的方钢管。上端板3和下端板4与方钢管均采用熔透坡口焊接。参见图2所示，所述异形螺栓5的螺帽上部周边有一圈齿轮状凹槽7。
这种方钢管端部挤压螺栓对接无凸拼接节点的施工方法，施工步骤如下
步骤一，工厂预制构件，根据设计将上段方钢管I的底端和下段方钢管2的顶端挤压出
内凹槽6，由于挤压过程中管壁塑性变形较大，可采用多次挤压成型的办法。内凹槽6的大小需满足异形螺栓5的安装空间要求。在上端板3和下端板4的四周开设与内凹槽6位置对应的螺栓孔，将上端板3与上段方钢管I的底端焊接，下端板4与下段方钢管2的顶端焊接。在设计时，需要确定异形螺栓的数量、直径和布置位置。首先可根据构件受力要求确定拼接所需要的异形螺栓数量和直径。异形螺栓布置的构造要求可根据钢结构规范中关于螺栓布置的相关规定确定，但规定中关于施工操作预留空间的相关规定(螺栓之间的最小间距、螺栓中心到内板边缘、高强螺栓时螺栓上方净高等规定)可放松，具体尺寸还需详细研究确定。上端板和下端板的厚度根据受力要求确定，端板上螺栓孔开动位置根据异形螺栓布置确定。在确定好异形螺栓布置方案后可确定待连接方钢管柱壁需挤压出的空间。空间应能满足异形螺栓受力的构造要求(异形螺栓中心到构件边缘的距离)以及异形螺栓紧固的操作空间要求(异形螺栓中心到内凹槽壁之间的距离、异形螺栓上方需留空间等)。异形螺栓为螺栓工厂特殊设计生产，同时还生产配套的齿轮带与扳手。步骤二，现场安装时，将待连接的上、下段方钢管端板上的螺栓孔对齐，插入异形螺栓6，拧紧螺母，将上段方钢管I和下段方钢管2固定。异形螺栓6拧紧的方法为先初拧螺母，然后将螺母固定防止转动，把螺帽套上齿轮带，使齿轮带与齿轮状凹槽7啮合，再用扳手通过齿轮带向螺帽传递扭力，实现紧固。
权利要求
1.一种方钢管端部挤压螺栓对接无凸拼接节点，包括上段方钢管(I)和下段方钢管(2)，其特征在于该节点还包括连接在上段方钢管(I)和下段方钢管(2)之间的上端板(3)、下端板(4)和异形螺栓(5)； 所述上段方钢管(I)底端四边各有ー个内凹槽(6)，上段方钢管(I)底端与上端板(3)焊接，上端板(3)四周各开有至少ー个落于内凹槽(6)中的螺栓孔(8)； 所述下段方钢管(2)顶端四边 各有ー个内凹槽(6)，下段方钢管(2)顶端与下端板(4)焊接，下端板(4)四周各开有至少ー个落于内凹槽(6)中的螺栓孔(8)； 所述异形螺栓(5)的螺帽上部周边有ー圈齿轮状凹槽(7)； 所述上端板(3)和下端板(4)上的螺栓孔位置上下对应，异形螺栓(5)穿过上端板(3)和下端板(4)上的螺栓孔，将上段方钢管(I)和下段方钢管(2)固定。
2.根据权利要求I所述的方钢管端部挤压螺栓对接无凸拼接节点，其特征在于所述上端板(3)和下端板(4)的尺寸等于或大干与之连接的方钢管。
3.根据权利要求I所述的方钢管端部挤压螺栓对接无凸拼接节点，其特征在于所述上端板(3)和下端板(4)与方钢管均采用熔透坡ロ焊接。
4.一种如权利要求I 3任意ー项所述方钢管端部挤压螺栓对接无凸拼接节点的施工方法，其特征在于施工步骤如下 步骤一，エ厂预制构件，根据设计将上段方钢管(I)的底端和下段方钢管(2)的顶端挤压出内凹槽(6)，内凹槽(6)的大小需满足异形螺栓(5)的安装空间要求，在上端板(3)和下端板(4)的四周开设与内凹槽(6)位置对应的螺栓孔，将上端板(3)与上段方钢管(I)的底端焊接，下端板(4)与下段方钢管(2)的顶端焊接； 步骤ニ，现场安装吋，将待连接的上、下段方钢管端板上的螺栓孔对齐，插入异形螺栓6，拧紧螺母，将上段方钢管(I)和下段方钢管(2)固定。
5.根据权利要求4所述的方钢管端部挤压螺栓对接无凸拼接节点的施工方法，其特征在于所述内凹槽(6)的挤压采用多次挤压成型的方法。
6.根据权利要求4所述的方钢管端部挤压螺栓对接无凸拼接节点的施工方法，其特征在于所述异形螺栓(6)拧紧的方法为先初拧螺母，然后将螺母固定防止转动，把螺帽套上齿轮带，使齿轮带与齿轮状凹槽(7)啮合，再用扳手通过齿轮带向螺帽传递扭力，实现紧固。
全文摘要
一种方钢管端部挤压螺栓对接无凸拼接节点及其施工方法，该节点包括上段方钢管和下段方钢管，上段方钢管底端四边各有一个内凹槽，上段方钢管底端与上端板焊接，上端板四周各开有至少一个落于内凹槽中的螺栓孔。下段方钢管顶端四边各有一个内凹槽，下段方钢管顶端与下端板焊接，下端板四周各开有至少一个落于内凹槽中的螺栓孔。异形螺栓的螺帽上部周边有一圈齿轮状凹槽。上端板和下端板上的螺栓孔位置上下对应，异形螺栓穿过上端板和下端板上的螺栓孔，将上段方钢管和下段方钢管固定。本发明的节点形式操作简便、施工速度快、安装精度高、节省劳力，能够大大降低需预留的操作空间，在建筑钢结构施工领域具有广阔的应用前景。
文档编号E04G21/14GK102733488SQ201210221038
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者刘康, 刘玉姝, 刘青, 孙建运, 李国强, 杨晓杰, 金晓飞, 陆烨 申请人:中国建筑股份有限公司