一种小角度圆管耗能相贯节点及其制作方法与流程

本发明涉及一种固定建筑物，尤其是一种小角度圆管耗能相贯节点及其制作方法。

背景技术：

在工程建设飞速发展的过程中，由于结构形式的需求，一种较为新颖的空间相贯节点技术已被越来越多地使用在一些较大的工程项目中。相贯节点是将轴线在不同平面内的钢管通过直焊连接在一起，因为交汇钢管的数量、角度、尺寸不同使得相贯线形态各异，相贯节点形式丰富。

在超高层建筑设计过程中，由于相邻结构的错位、平移，或设置有高层大跨外廊结构，需要改变结构形式，若采用传统两根柱距相近的巨柱，那么不仅会造成极大的建筑材料浪费，而且影响建筑使用空间。而一般采用的巨型相贯节点根据《钢结构设计规范》(gb50017-2003)规定，主管和支管、或两根支管之间的夹角不得小于30°，如果相贯角度过小，巨型相贯节点的变形能力不足，会极大地影响结构的抗震性能。

技术实现要素：

发明目的：一个目的是提供一种小角度圆管耗能相贯节点，以解决现有技术存在的上述问题。进一步的目的是提供上述相贯节点的制作方法。

技术方案：一种小角度圆管耗能相贯节点，包括圆管、套设在圆管外周的波纹钢管、填充于圆管内的混凝土，以及填充于波纹钢管与圆管之间的耗能材料；所述圆管与波纹钢管通过定位垫块连接固定。

根据本发明的一个方面，所述圆管包括主管，与主管焊接的支管，所述主管和支管的外周各自通过定位垫块连接有波纹钢管，主管与波纹钢管、支管与波纹钢管之间填充有耗能材料，主管的内侧、支管的内侧填充有混凝土。

根据本发明的一个方面，相贯节点包括多段，相邻之间采用连接耳板固定连接。

根据本发明的一个方面，所述耗能材料为沥青。相贯节点的末端连接有法兰盘。

上述任一项小角度圆管耗能相贯节点的制作方法，包括：

步骤一：制作波纹圆管和圆管；

步骤二：沿相贯线切割耗能相贯节点，并临时固定内外侧圆管；

步骤三：拼装并焊接耗能相贯节点；

步骤四：在波纹钢管与圆管之间填充沥青材料；

步骤五：法兰盘拼接固定，浇筑内填充混凝土。

根据本发明的一个方面，所述步骤一中圆管制作步骤如下：采用数控万能卷板机逐步卷圆，并进行反复卷压，直至成型；采用自动埋弧焊接进行筒体段的纵焊缝连接，采用卷板机液压矫正的方法进行焊接变形的矫正；然后环焊缝在专用滚轮架上对接；最后在圆管内侧拼装下弦内环板及加劲板、竖向加劲板和第二层内环板；焊接方法为多层多道错位焊接。

根据本发明的一个方面，所述步骤二中，圆管的相贯面切割包括如下工作：通过试验确定各种规格的杆件预留的焊接收缩量，在计算钢管的断料长度时计入预留，确定最终的杆件切割长度；根据相贯管之间相交的角度、各管的厚度，管中心间长度和偏心量编制切割程序，最后进行切割相贯口和切割长度的检验；根据实际尺寸情况确定内侧光滑圆管和外侧波纹圆管之间的间距，制作用于定位的垫块，安装在相应位置内外侧圆管之间，起临时固定的作用。

根据本发明的一个方面，所述步骤三中，相贯线切割完成后进行相贯节点的拼装，具体如下：地面上放出地样，设定控制点，作出地面投影线，计算投影高度，进行圆管组装胎架搭设；利用水准仪将主次圆管组装并临时定位，同时为了消除固定支座对试件受力的影响，在试件每个杆件端部设置支座底板和球铰节点；而主管与主管节段之间，次管与次管节段之间则通过连接耳板进行连接。

根据本发明的一个方面，所述步骤四和步骤五中，在相贯节点焊接制作完成后进行钢管之间空隙沥青材料的填充，沥青硬化后即为该一种小角度圆管耗能相贯节点制作完成；耗能相贯节点在现场拼接完成后运输到现场进行安装，利用吊机及吊索将该耗能相贯节点吊装到指定位置，其与下端已安装的钢管柱之间采用法兰盘现场拼接；钢管柱吊装完成后进行光滑圆钢管内部混凝土的浇筑，浇注成型后即为该小角度圆管耗能相贯节点制作完成。

有益效果：相对于一般的建筑材料来说，本发明具有较好的变形能力，在地震过程中，其可消耗大量能量，减少地震力对构件的影响。在地震过程中，波纹钢管发生纵向折叠，也消耗大量地震能量。因此，由于波纹钢管与沥青材料都具有较好的变形能力，加之合理的结构形式，地震过程中能消耗大量能量，减小地震力对构件和结构的破坏。

附图说明

图1是本方面的一种小角度圆管耗能相贯节点的主体结构。

图2是本方面的一种小角度圆管耗能相贯节点剖面图。

图3是本方面的一种小角度圆管耗能相贯节点组装制作步骤一的结构示意图。

图4是本方面的一种小角度圆管耗能相贯节点组装制作步骤二的结构示意图。

图5是本方面的一种小角度圆管耗能相贯节点组装制作步骤三的结构示意图。

图6是本方面的一种小角度圆管耗能相贯节点组装制作步骤四的结构示意图。

图7是本方面的一种小角度圆管耗能相贯节点组装制作步骤五的结构示意图。

其中：1波纹圆管；2光滑圆管；3内填充混凝土；4内填充沥青；5定位垫块；6连接耳板；7法兰盘。

具体实施方式

为解决传统方法处理结构错位存在的浪费材料影响使用空间的问题，我们常采用了一种大直径管径的小角度巨型相贯节点，而为提高小角度相贯节点的变形耗能能力，本发明采用外包波纹圆管和内嵌光滑圆管相结合的方式，光滑圆管和内部填充混凝土能起到承担荷载的作用，波纹圆管与光滑圆管之间填充沥青，自身具有较好的变形能力，即能增大结构的变形能力，这样既不影响结构的正常使用，又极大地提高了耗能性能。

内侧钢管采用一种光滑圆管，与内填充混凝土一起起承担荷载的主要作用；外侧钢管采用一种波纹圆管，内外侧钢管之间的空隙填充沥青材料，起变形耗能作用；定位垫块介于波纹圆管和光滑圆管之间，用于巨型耗能相贯节点的定位组装；相贯节点圆管主管和次管的半圆管相贯处及圆管、半圆管自身对接处均采用一级全熔透焊缝连接；采用多层多道错位焊接技术对厚钢管进行处理。相贯节点处的钢管在工厂内利用连接耳板进行节段间焊接，相贯节点外的钢管可采用现场法兰盘拼接。

本发明一种小角度圆管耗能相贯节点的组装制作过程如下：首先分别进行大直径波纹圆管和光滑圆管的制作，然后利用定位垫块对波纹圆管和光滑圆管进行定位组装，利用切割设备对钢管相贯线进行切割，再利用焊接技术将巨型耗能相贯节点的焊接成型，所述连接耳板用于工厂焊接钢管时节段之间的定位，然后用沥青材料在波纹圆管与光滑圆管之间进行填充，最后相贯节点与上下端的钢管柱在现场利用法兰盘拼接，并进行光滑圆管混凝土的填充浇筑。

本发明一种小角度圆管耗能相贯节点的具体实施步骤主要包括：

步骤一：大直径波纹圆管和光滑圆管的制作；

步骤二：相贯线切割完成并进行内外侧圆管的临时固定；

步骤三：耗能相贯节点的拼装并焊接；

步骤四：外侧波纹钢管与内侧光滑钢管之间空隙的沥青材料填充；

步骤五：现在法兰盘拼接及内填充混凝土浇筑。

在某个实施例中，具体如下：

步骤一：大直径光滑圆管和大直径波纹圆管的制作

大直径圆管制作方法步骤如下：采用数控万能卷板机逐步卷圆，并进行反复卷压，直至成型；采用自动埋弧焊接进行筒体段的纵焊缝连接，并采用卷板机液压矫正的方法进行焊接变形的矫正；然后环焊缝在专用滚轮架上对接；最后在圆管内侧拼装下弦内环板及加劲板、竖向加劲板和第二层内环板。

特别地，圆管制作时对于厚钢管的处理本方面采用多层多道错位焊接技术。

步骤二：相贯线切割完成并进行内外侧圆管的临时固定

大直径圆钢管的相贯面切割包括如下工作：通过试验确定各种规格的杆件预留的焊接收缩量，在计算钢管的断料长度时计入预留，确定最终的杆件切割长度。根据相贯管之间相交的角度、各管的厚度，管中心间长度和偏心量编制切割程序，最后进行切割相贯口和切割长度的检验。

根据实际尺寸情况确定内侧光滑圆管和外侧波纹圆管之间的间距，制作用于定位的垫块，安装在相应位置内外侧圆管之间，起临时固定的作用。

步骤三：耗能相贯节点的拼装并焊接

相贯线切割完成后进行相贯节点的拼装，具体包括如下工作：地面上放出地样，设定控制点，作出地面投影线，计算投影高度，进行圆管组装胎架搭设。利用水准仪将主次圆管组装并临时定位，同时为了消除固定支座对试件受力的影响，在试件每个杆件端部设置支座底板和球铰节点。而主管与主管节段之间，次管与次管节段之间则通过连接耳板进行连接。

特别地，巨型相贯节点圆管主管和次管半圆管相贯处及圆管、半圆管自身对接处均采用一级全熔透焊缝连接。

步骤四：外侧波纹钢管与内侧光滑钢管之间空隙的沥青材料填充

在相贯节点焊接制作完成后进行钢管之间空隙沥青材料的填充，沥青硬化后即为该一种小角度圆管耗能相贯节点制作完成。相对于混凝土或者一般的建筑材料来说，沥青材料具有较好的变形能力，在地震过程中，其可消耗大量能量，减少地震力对构件的影响。波纹圆管与沥青自身都具有较好的变形能力，使结构具有较好的耗能能力。

步骤五：现在法兰盘拼接及内填充混凝土浇筑

耗能相贯节点在现场拼接完成后运输到现场进行安装，利用吊机及吊索将该耗能相贯节点吊装到指定位置，其与下端已安装的钢管柱之间采用法兰盘现场拼接，具有装配式结构安装方便，节省工期等优势，其上端待安装钢管柱也采用法兰盘的同样方式安装。钢管柱吊装完成后进行光滑圆钢管内部混凝土的浇筑，浇注成型后即为该小角度圆管耗能相贯节点制作完成。

地震过程中，波纹钢管发生纵向折叠，也消耗大量地震能量。因此，由于波纹钢管与沥青材料都具有较好的变形能力，加之合理的结构形式，地震过程中能消耗大量能量，减小地震力对构件和结构的破坏。

总之，本发明的小角度圆管耗能相贯节点，包括波纹圆管、光滑圆管、内填充沥青、内填充混凝土、定位垫块、连接耳板、法兰盘，如图1所示。所述定位垫块介于波纹圆管和光滑圆管之间，用于巨型耗能相贯节点的定位组装；所述波纹圆管与光滑圆管之间填充沥青，与外包的波纹钢管共同发挥耗能作用；所述连接耳板用于相贯节点处钢管节段之间的定位焊接；所述法兰盘用于相贯节点外的钢管柱的现场拼接。地震过程中，波纹钢管与沥青材料都具有较好的变形能力，能消耗大量的地震能量，减小地震力对构件和结构的破坏。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。