具有十字型角钢的连接构件及其安装方法与流程

本发明涉及一种连接构件及其安装方法，尤其涉及一种具有十字型角钢的连接构件及其安装方法。

背景技术：

井架是石油钻机的重要组成部分，主要起悬挂钻井过程中所需要各种钻机工具，设备，承受钻井工作中各种载荷，配合钻井钻到目的层的作用。井架设计安装时需要把各个不同形状的杆件(如斜撑、横梁或柱子)组成的一个平面或立体的连接结构实体形成节点。对于钢结构井架，其中斜撑与横梁连接、横梁与柱子的连接以及斜撑与柱子的连接节点设计占节点设计的百分之八十以上，对于主要承受轴向力的斜撑和横梁，端部连接节点设计成铰接即可满足设计要求。随着焊接技术的不断发展和高强度螺栓连接的不断普及，采用焊接连接节点和高强度螺栓连接节点的混合连接节点，即栓焊连接节点广泛应用在钢结构海洋井架的端部连接节点设计中。

由于连接杆件高度通常不相等，当高度相差不大时，需要添加垫片，构件截面的多样性导致需要制造各种厚度不同的垫片，安装难度很大；当高度相差较大时，则需要对连接杆件进行局部变截面处理，大大增加了节点用钢量和焊接工作量，制造成本高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有十字型角钢的连接构件及其安装方法，安全可靠，能够大大减少焊接工作量和用钢量，安装方便，缩短工期，降低制造成本。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种具有十字型角钢的连接构件，包括连接板，所述连接板上至少设有一个安装脚，所述安装脚由四个等边角钢背对背连接组成十字型角钢，每个等边角钢的两端均开设有第一螺栓孔，所述连接板在安装脚处设有第二螺栓孔，所述连接板在第二螺栓孔处和所述安装脚的一端螺栓相连。

上述的具有十字型角钢的连接构件，其中，所述连接板为类矩形连接板。

上述的具有十字型角钢的连接构件，其中，所述安装脚的数目为四个，所述四个安装脚分布在类矩形连接板的四个对角处。

上述的具有十字型角钢的连接构件，其中，所述连接板上第二螺栓孔的数量以及孔间距与安装脚一端的第一螺栓孔的数量及孔间距相等。

上述的具有十字型角钢的连接构件，其中，所述连接板焊接在横梁或柱子上，所述安装脚的另一端在第一螺栓孔处与斜撑的腹板螺栓相连。

上述的具有十字型角钢的连接构件，其中，所述连接板在安装脚处的第二螺栓孔的数目为多个，所述多个第二螺栓孔沿着该安装脚所连接的斜撑方向等间隔均匀分布。

本发明为解决上述技术问题还提供一种具有十字型角钢的连接构件的安装方法，包括如下步骤：a)根据待连接斜撑的数目选定相应的安装脚数目和连接板形状；b)选用H型钢作为横梁，并在H型钢的腹板中间开槽，槽孔尺寸与连接板尺寸相匹配；c)将所述连接板放入腹板中间开槽后焊接固定；d)将所述连接板在第二螺栓孔处和所述安装脚的一端螺栓相连，将所述安装脚的另一端在第一螺栓孔处和斜撑的腹板通过螺栓相连。

上述的具有十字型角钢的连接构件的安装方法，其中，所述安装脚数目为多个，所述连接板上的连接焊缝的形心接近所述多个安装脚的交点位置。

本发明为解决上述技术问题还提供另一种具有十字型角钢的连接构件的安装方法，包括如下步骤：a)根据待连接斜撑的数目选定相应的安装脚数目,并根据三十度应力扩散角确定合适的连接板外包尺寸；b)将所述连接板和柱子或横梁焊接固定；c)将所述连接板在第二螺栓孔处和所述安装脚的一端螺栓相连，将所述安装脚的另一端在第一螺栓孔处和斜撑的腹板或横梁的腹板螺栓相连。

上述的具有十字型角钢的连接构件的安装方法，其中，所述柱子为H型钢，所述H型钢包括两块平行设置的翼缘板，所述翼缘板的中间通过腹板相连，所述连接板焊接在所述腹板中间并与所述翼缘板平行，或者所述连接板焊接在所述翼缘板上并与所述腹板对齐。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的具有十字型角钢的连接构件及其安装方法，通过设置连接板，并在连接板上至少设置一个由四个等边角钢背对背连接组成的十字型角钢作为安装脚，安装脚的一端在第二螺栓孔处通过螺栓固定在连接板上，另一端在第一螺栓孔处通过螺栓连接斜撑的腹板或横梁的腹板，所述连接板可以直接焊接在横梁或柱子上，安装脚的数目和位置可以根据待连接杆件的数目和位置进行灵活调整，安全可靠，能够大大减少焊接工作量和用钢量，安装方便，缩短工期，降低制造成本。

附图说明

图1为本发明的具有十字型角钢的连接构件结构示意图；

图2为图1中连接板的结构示意图；

图3为图1中等边角钢的结构示意图；

图4为本发明的连接板、斜撑与横梁构成的连接节点的结构示意图；

图5为沿图4纵向中心线剖面示意图；

图6为图4中横梁结构示意图；

图7为图4中斜撑结构示意图；

图8为本发明的连接板、斜撑、横梁与柱子构成的一种连接节点的结构示意图；

图9为图8中连接板上一个安装脚的分解结构示意图；

图10为本发明的连接板、斜撑、横梁与柱子构成的另一种连接节点的结构示意图；

图11为图10的分解结构示意图。

图中：

1连接板 2安装脚 3第一螺栓孔

4第二螺栓孔 5横梁 6斜撑

7柱子 8翼缘板 9腹板

10槽孔

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明的具有十字型角钢的连接构件结构示意图；图2为图1中连接板的结构示意图；图3为图1中等边角钢的结构示意图。

请参见图1、图2和图3，本发明提供的具有十字型角钢的连接构件包括连接板1，所述连接板1上至少设有一个安装脚2，所述安装脚2由四个等边角钢背对背连接组成十字型角钢，每个等边角钢的两端均开设有第一螺栓孔3，所述连接板1在安装脚处设有第二螺栓孔4，所述连接板1在第二螺栓孔4处和所述安装脚2的一端螺栓相连。

本发明提供的具有十字型角钢的连接构件，其中，安装脚2的数目和位置根据待连接杆件的数目和位置决定，并根据考虑三十度应力扩散角确定合适的连接板1的外包尺寸。所述连接板1焊接在横梁或柱子上，所述安装脚2的另一端在该端第一螺栓孔3处和斜撑的腹板螺栓相连。所述连接板1在安装脚2处的第二螺栓孔4的数目可以为多个，所述多个第二螺栓孔4沿着该安装脚所连接的斜撑方向等间隔均匀分布。图1中安装脚2中每个等边角钢上与连接板1的连接处开设四个等间隔分布的第一螺栓孔，连接板1每一面需要和两个等边角钢相连，因此相应地，连接板1在每个安装脚2处开设两排第二螺栓孔4，每排第二螺栓孔4的数目均为四个。

图4为本发明的连接板、斜撑与横梁构成的连接节点的结构示意图；图5为沿图4纵向中心线剖面示意图。

请参见图4和图5，下面以斜撑与横梁构成的连接节点为例，本发明提供了一种具有十字型角钢的连接构件的安装方法，包括如下步骤：

a)根据待连接斜撑的数目选定相应的安装脚数目和连接板形状；本实施例中连接板1选定类矩形连接板，类矩形连接板的四个对角处分别设置四个安装脚2去连接四个斜撑6；

b)选用H型钢作为横梁5，并在H型钢的腹板9中间开槽；H型钢包括翼缘板8和腹板9，腹板9中间形成槽孔10，槽孔10尺寸与连接板尺寸相匹配，如图6所示；

c)将所述连接板1放入腹板中间开槽后焊接固定；如果安装脚数目为多个，所述连接板上的连接焊缝的形心优选接近所述多个安装脚的交点位置；

d)将所述连接板1在第二螺栓孔处和每个安装脚2的一端螺栓相连，将所述安装脚的另一端在第一螺栓孔处和斜撑6的腹板螺栓相连；斜撑6为H型钢，其腹板上相应地设有螺栓孔和安装脚上的第一螺栓孔3对齐后通过螺栓固定相连，如图7所示。

本实施例中四个斜撑6交叉成X型，四个斜撑6的腹板都开设了螺栓孔通过高强度螺栓与十字型角钢的另一端连接。从角钢连接件的横截面可以看出，四个等边角钢背对背放置形成组成十字型角钢，单个连接角钢的两边都开设了第一螺栓孔3，四个斜撑的腹板与连接板1成九十度交叉放置。上述连接不受构件截面高度不同的限制，连接简单。从受力分析上看，位于同一对角线的两个斜撑受力同为拉力或压力，四个斜撑在交点处竖向力合力为零，四个斜撑在交点处的水平合力大小用来设计横梁6与连接板1的焊缝大小，由于此处是横梁5开槽与连接板1焊接连接，有四道焊缝，故较小的焊角高度即可满足受力要求。

图8为本发明的连接板、斜撑、横梁与柱子构成的一种连接节点的结构示意图；图9为图8中连接板上一个安装脚的分解结构示意图；

请继续参见图8和图9，下面以斜撑、横梁与柱子构成的连接节点为例，本发明提供了另一种具有十字型角钢的连接构件的安装方法，包括如下步骤：

a)根据待连接斜撑的数目选定相应的安装脚数目,并考虑三十度应力扩散角确定合适的连接板外包尺寸；

b)将所述连接板的直角边和柱子7的腹板焊接固定；c)将所述连接板1在第二螺栓孔处和所述安装脚2的一端螺栓相连，将所述安装脚2的另一端在该端第一螺栓孔处和斜撑6的腹板或横梁5的腹板螺栓相连。本实施例选用两个安装脚，其中一个安装脚连接横梁5，另一安装脚连接斜撑6。

对于柱子7，一般选用H型钢，所述H型钢包括两块平行设置的翼缘板8，所述翼缘板8的中间通过腹板9相连，所述连接板焊接在所述腹板9中间并与所述翼缘板8平行，如图8所示。

当然，有时需要连接的柱子位置可能正对柱子的翼缘板，此时，只需将所述连接板焊接在所述翼缘板8上并与所述腹板9大致对齐即可，无需增加额外的加劲板，同样能够很好地保证连接节点整体受力平衡，如图10和图11所示。

由上可见，十字型角钢连接节点是主要承受轴力的铰接节点，适用于当节点两端的被连接板件(或型钢腹板)成九十度交叉时，使用四个开有螺栓孔的等边角钢背对背连接组成十字型截面连接件将交叉的板件通过高强度螺栓连接起来。此处使用的连接螺栓是高强度螺栓，按摩擦型连接考虑，以摩擦面出现滑移为破坏状态，根据结构所受轴力大小来确定所需螺栓直径及个数，以及连接角钢截面尺寸。十字型角钢连接不受连接件的截面高度不同影响，安装方便。轴力通过十字型角钢连接件直接传递到被连接件两侧，内力传递简捷，安全可靠。海洋井架常用的斜撑及横梁截面一般高度在250mm至400mm之间，所受轴力在400kN到3000kN之间，常用高强度螺栓直径有M24,M30,M36,设计时可以根据轴力大小配套选择所需十字型角钢连接件截面及连接螺栓的直径和数量。本发明的具体优点如下：1、内力传递简捷,安全可靠；2、无论与柱子强轴或弱轴连接，还是与横梁腹板连接，都只需焊接一块连接板，减少焊接工作量；3、不受被连接件截面高度不同的影响，节点简单，节约用钢量，从而降低制造成本；4、根据构件轴力大小及截面高度，配套选择十字型角钢连接件截面及螺栓直径和数量，易于参数化，缩短工期；5、不需要垫片，同时螺栓孔一般比螺栓直径大2mm，使安装有正负4mm可以调节的余量，安装方便。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。