专利名称：撑杆端头焊接板式大转角球铰节点装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种撑杆端头焊接板式大转角球铰节点装置，属于土木工程中建筑索结构的设计和施工领域。
背景技术：
索结构作为预应力钢结构的主要结构类型，已在国内外建筑结构领域得到广泛应用。目前，在工程中常用的建筑索结构主要有张弦梁结构、弦支穹顶结构、斜拉网格结构、索穹顶结构、索桁架结构、索网结构等。在这些结构中，都会存在受压的端部铰接的撑杆。在一些工程中，为满足使用阶段的要求，撑杆端头要求为可两向甚至多向转动。而在施工阶段，为便于拉索等构件安装，撑杆往往也要求为可大幅度的多向转动。因此，在这些工程中，需要撑杆端头为可大幅转动的球铰。当前，撑杆端头常用的节点形式为有单向铰接耳板节点和球铰铸钢节点等。单向铰接耳板节点是用耳板作为连接件，把撑杆和相连构件的耳板用销轴进行销接。单向铰接耳板节点，主要能满足销轴转动方向上的大角度转动，构造简单，制作和安装方便，但在其它方向上，只能依靠耳板之间的较小间隙实现微小转动。在一些工程中，由于撑杆端头需要多向大转角转动，容易导致耳板卡死，撑杆难以自由摆动，撑杆受到额外的弯矩，影响结构性能。球铰铸钢节点是 通过铸造工艺制作出铸钢底座和铸钢球头，底座内侧球面和球头外侧球面相配，然后将铸钢球头和铸钢底座分别与撑杆和相邻构件焊接，安装时将铸钢球头嵌入铸钢底座内，再将防脱盖板与铸钢底座用螺栓连接，防止意外情况下铸钢球头脱出铸钢底座。球铰铸钢节点能满足使用阶段和施工阶段对撑杆双向甚至多向大转角的转动要求，但由于铸钢件和普通钢材的材性不同，两者焊接对铸钢件的可焊性要求高，另外制作铸钢件的模具费用较高，因此球铰铸钢节点费用高。
发明内容
发明目的:针对现有技术的不足，本发明提供了一种撑杆端头焊接板式大转角球铰节点装置，满足使用阶段和施工阶段对撑杆双向甚至任意向大转角的转动要求，同时构造形式简单，费用低。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:撑杆端头焊接板式大转角球铰节点装置，包括上十字板底座、上端板、防脱盖板、球体、下十字板底座和下端板；所述上十字板底座与上端板固定连接，上端板与防脱盖板可拆卸固定连接，所述球体的一部分嵌在十字板底座、上端板和防脱盖板共同形成的且能避免球体脱落的球腔内，露在球腔外的部分与下十字板底座固定连接，下十字板底座与下端板固定连接。上述装置，在安装时，首先将球体安装在十字板底座和上端板形成的球腔内，再将防脱盖板与上端板固定，将球体限制在球腔内，与球体固定的下十字板底座和下端板位于球腔外。该装置中，其实现的功能与现有的球铰铸钢节点相同，满足使用阶段和施工阶段对撑杆双向甚至任意向大转角的转动要求；同时十字板底座、上端板、防脱盖板、下十字板底座和下端板均可采用普通钢板制成，部件的生产成本低、无需专门设计铸造模具，且不同部件之间的安装、固定方便。更优方案，所述上十字板底座采用正交放置的钢板焊接形式，与球体接触的内侧为凹圆弧线，所述圆弧线与球体外侧面匹配。转动时球体与上十字板底座以线接触为主，转动摩擦力小。更优方案，所述下十字板底座采用正交放置的梯形钢板焊接形式，防止了球铰转动时下十字板底座与防脱盖板碰撞，下十字板底座与球体固定连接的内侧为凹圆弧线，所述凹圆弧线的直径与球体直径一致。更优方案，所述上端板为中心开孔的圆环钢板，与球体接触的内侧为内凹圆弧面，所述凹圆弧面与球体外侧面匹配。更优方案，所述防脱盖板由两块弧形钢板拼合而成，与球体接触的内侧为内凹圆弧面，所述凹圆弧面与球体外侧面匹配。防脱盖板采用两片式拼合结构的设计，能够方便整个装置的安装。更优方案，所述上端板和防脱盖板上都设有螺栓孔，且通过螺栓连接，螺栓结构能够方便拆卸和安装，并且连接可靠。更优方案，所述球体是实心球或焊接空心球；使用空心球时能够减少材料使用量、降低整个装置的重量，但是必须根据需要设计空心球，满足强度要求。更优方案，所述下端板为平面钢板，结构简单方便连接。本发明的效益是:撑杆端头焊接板式大转角球铰节点装置实现了撑杆双向甚至任意向大转角的转动，同时零 件构造简单，容易制作加工，费用低，精度高，转动时球体与上十字板底座以线接触为主，转动摩擦力小，现场安装时只需将球体嵌入上十字底座，然后用螺栓将防脱盖板与上端板连接即可，简单方便。
图1撑杆端头焊接板式大转角球铰节点装置正视图。图2撑杆端头焊接板式大转角球铰节点装置向右转的正视图。图3撑杆端头焊接板式大转角球铰节点装置向左转的正视图。图4上十字板底座俯视图。 图5上端板俯视图。图6防脱盖板俯视图。图7下十字板底座俯视图。附图标记含义如下:1、上十字板底座，2、上端板,3、防脱盖板,4、螺栓,5、球体,6、下十字板底座,7、下端板，8、撑杆，9、相邻构件。
具体实施例方式下面将结合说明书附图对本发明作进一步的说明。
如图1、图2、图3所示:撑杆端头焊接板式大转角球铰节点装置，包括上十字板底座1、上端板2、防脱盖板3、球体5、下十字板底座6和下端板7。所述球体5可采用实心球或焊接空心球，使用空心球时必须根据需要设计满足强度要求；下端板7为平面钢板。如图4所示为上十字板底座I俯视图,上十字板底座I由正交放置的钢板焊接而成，与球体5接触的内侧为凹圆弧线，凹圆弧线的直径略大于球体5直径，满足公差配合要求，与相邻构件9连接的端面则可根据相邻构件9的表面形状制作。如图5所示为上端板2俯视图，上端板2为中心开孔的圆环钢板，与球体5接触的内侧为内凹圆弧面，凹圆弧面的直径、中心开孔的最大直径均应与上十字板底座I内侧的凹圆弧线的直径一致，上端板2沿环向均匀设置若干螺栓孔。如图6所示为防脱盖板3俯视图，防脱盖板3为两个略小于半圆的环钢板，与球体5接触的内侧为内凹圆弧面，凹圆弧面的直径、中心孔的最大直径均应与上十字板底座I内侧的凹圆弧线的直径一致，防脱盖板3沿环向均匀设置若干螺栓孔，孔位和上端板2之间的螺栓孔--对应。 如图7所示为下十字板底座6俯视图，下十字板底座6由正交放置的梯形钢板焊接而成，为防止球铰转动时下十字板底座6与防脱盖板3碰撞，下十字板底座6制作成梯形，具体尺寸应满足转角要求，与球体5焊接的内侧为凹圆弧线，圆弧线的直径与球体5直
径一致。上述装置在制作时，如图将上相邻构件9、上十字板底座1、上端板2顺序焊接在一起，将球体5、下十字板底座6、下端板7、撑杆8顺序焊接在一起；安装时，将撑杆顶端的球体5嵌入上十字板底座I和上端板2形成的球腔内，最后用螺栓4将防脱盖板3与上端板2连接，将球体5限制在球腔内。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。
权利要求
1.撑杆端头焊接板式大转角球铰节点装置，其特征在于:包括上十字板底座(I)、上端板(2)、防脱盖板(3)、球体(5)、下十字板底座(6)和下端板(7)； 所述上十字板底座(I)与上端板(2 )固定连接，上端板(2 )与防脱盖板(3 )以可拆卸方式固定连接，所述球体(5)的一部分嵌在十字板底座(I)、上端板(2)和防脱盖板(3)共同形成的且能避免球体脱落的球腔内，球体(5)露在球腔外的部分与下十字板底座(6)固定连接，下十字板底座(6)与下端板(7)固定连接。
2.根据权利要求1所述的撑杆端头焊接板式大转角球铰节点装置，其特征在于:所述上十字板底座(I)采用正交放置的钢板焊接形式，与球体(5)接触的内侧为凹圆弧线，所述凹圆弧线与球体(5)外侧面匹配。
3.根据权利要求1所述的撑杆端头焊接板式大转角球铰节点装置，其特征在于:所述下十字板底座(6)采用正交放置的梯形钢板焊接形式，与球体(5)固定连接的内侧为凹圆弧线，所述凹圆弧线的直径与球体(5 )直径一致。
4.根据权利要求1所述的撑杆端头焊接板式大转角球铰节点装置，其特征在于:所述上端板(2)为中心开孔的圆环钢板，与球体(5)接触的内侧为内凹圆弧面，所述内凹圆弧面与球体(5)外侧面匹配。
5.根据权利要求1所述的撑杆端头焊接板式大转角球铰节点装置，其特征在于:所述防脱盖板(3)由两块弧形钢板拼合成中心开孔的结构，与球体(5)接触的内侧为内凹圆弧面，所述内凹圆弧面与球体(5)外侧面匹配。
6.根据权利要求1所述的撑杆端头焊接板式大转角球铰节点装置，其特征在于:所述上端板(2)和防脱盖板(3 )上都设有螺栓孔，且通过螺栓连接。
7.根据权利要求1所述的撑杆端头焊接板式大转角球铰节点装置，其特征在于:所述球体(5)是实心球或焊接空心球。
8.根据权利要求1所述的撑杆端头焊接板式大转角球铰节点装置，其特征在于:所述下端板(7)为平面钢板。
全文摘要
本发明公开了一种撑杆端头焊接板式大转角球铰节点装置，包括上十字板底座、上端板、防脱盖板、球体、下十字板底座和下端板。制作时，将上十字板底座、上端板与相邻构件焊接在一起，将下十字板底座、下端板、球体与撑杆焊接在一起；安装时，将撑杆顶端的球体嵌入上十字板底座内，最后用螺栓将防脱盖板与上端板连接，防止意外情况下球体脱出上十字板底座。该节点转置满足结构在使用阶段和施工阶段对撑杆双向甚至任意向大转角的转动要求，其构造和制作简单，体积小，费用低；现场安装无焊接，方便；制作精度高，转动摩擦力小。
文档编号E04B1/58GK103216013SQ20131013582
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月18日 优先权日2013年4月18日
发明者罗斌, 郭正兴, 熊鑫鑫, 刘琪 申请人:东南大学