一种刚性连接节点及其施工方法与流程

1.本发明涉及建筑结构与施工技术领域，具体涉及一种刚性连接节点及其施工方法。


背景技术：

2.网壳结构组成灵活多样但又有高度的规律性，加工制作机械化程度高，并已全部工厂化，同时具有受力性能好，重量轻、刚度大、抗震性能好，用钢量省等优势，可适应各种建筑造型的需求，在体育馆、展览厅、候车厅、植物园等众多中、大跨度空间结构屋盖中，得以广泛应用。其中的单层网壳结构体系，杆件一般采用圆管，矩形管等，连接节点按照《空间网格结构技术规程》jgj7和《钢结构设计标准》gb50017可采用焊接空心球、毂节点、相贯节点等刚性节点形式。
3.单层网壳采用上述节点做法，通过计算、构造保证圆管或矩形管的刚性连接，当结构受条件制约，单层网壳采用工形梁与矩形钢管时，其节点连接无法套用现行规范的节点形式，需采取合理的构造及加强措施，确保节点的刚性连接，与计算模型假定保持一致。
4.按照工形梁的传统通高设置加劲板方式，如图1a所示，矩形钢管下侧不增设加劲板时，矩形钢管与工形梁连接无法有效传递杆件内力，也达不到刚性节点要求，矩形钢管图示下侧增设加劲板，在工形梁截面较宽、矩形钢管截面较小情况下，增设的加劲板又存在焊接困难，加工困难的问题，无法保证节点的传力有效。
5.按照工形梁与矩形钢管的传统半刚接连接方式，如图1b所示，矩形钢管与工形梁连接无法有效传递杆件弯矩，工形梁翼缘、腹板也存在应力集中、加大问题，对主结构构件影响较大，于安全不利。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中无法有效传递杆件内力的缺陷以及现有技术中加工困难的问题，从而提供一种刚性连接节点及其施工方法。
7.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种刚性连接节点，包括：
8.工形梁，包括翼缘板和腹板；
9.矩形钢管，设于所述工形梁的侧边，且其上设有与所述翼缘板适配的让位部；
10.加劲肋，设于所述工形梁与所述矩形钢管之间，同时与所述工形梁与所述矩形钢管连接。
11.作为本发明所述刚性连接节点的一种优选方案，其中：所述让位部与所述翼缘板的内侧接触并连接。
12.作为本发明所述刚性连接节点的一种优选方案，其中：所述让位部为从所述矩形钢管端部向外切除壁板形成的切口，且所述切口的长度小于等于翼缘板伸出长度。
13.作为本发明所述刚性连接节点的一种优选方案，其中：所述让位部与所述工形梁的上翼板拼接，所述加劲肋设于所述矩形钢管和所述工形梁的下翼板之间。
14.作为本发明所述刚性连接节点的一种优选方案，其中：所述加劲肋垂直于所述腹板设置，且分别与所述矩形钢管的壁板和所述工形梁的下翼板及腹板连接。
15.作为本发明所述刚性连接节点的一种优选方案，其中：每个所述矩形钢管与下翼板之间设有两条平行的加劲肋，且所述加劲肋与所述矩形钢管的侧面壁板外侧平齐。
16.作为本发明所述刚性连接节点的一种优选方案，其中：所述让位部与所述翼缘板之间为焊接连接，所述加劲肋与所述矩形钢管及所述工形梁之间为焊接连接。
17.作为本发明所述刚性连接节点的一种优选方案，其中：所述让位部内侧设有补强加劲板，所述补强加劲板与所述矩形钢管内壁焊接连接，且与翼缘板边对齐。
18.本发明还提供一种刚性连接节点的施工方法，包括
19.根据翼缘板尺寸，在矩形钢管端部切出让位部；
20.在矩形钢管内部设置补强加劲板；
21.通过让位部拼合并连接矩形钢管与翼缘板；
22.将加劲肋连接在所述矩形钢管与翼缘板之间。
23.作为本发明所述刚性连接节点的施工方案的一种优选方案，其中：将补强加劲板与矩形钢管以及翼缘板连接处一圈围焊；
24.将钢管与工形梁连接处一圈围焊；
25.将加劲肋与矩形钢管以及工形梁连接处一圈围焊。
26.本发明技术方案，具有如下优点：
27.1.本发明提供的刚性连接节点，通过在矩形钢管上设置让位部，并在矩形钢管和工形梁之间设置加劲肋，改变了传统的节点连接方式，从而能有效的传递节点出杆件的内力，达到了刚性区域的目的，同时也与模型假定相符，确保结构可靠性，增加结构安全性。
28.2.本发明提供的刚性连接节点，通过工形梁上加劲肋设置，对工形梁局部受力进行加强。将原来的工形梁通高加劲板改为沿矩形钢管壁板位置设置，调整节点加工焊接顺序，更利于操作、加工、保证焊接质量。
29.3.本发明提供的刚性连接节点，增设矩形钢管内补强加劲板，对矩形钢管与加劲肋接触等位置可能引起的应力集中进行削弱，同时也是矩形钢管局部受力的加强措施。
30.4.本发明提供的刚性连接节点的施工方法，传统工形梁节点基础上，通过改变加劲板设置方式、调整杆件加工工序，以适应工形梁与矩形钢管连接，矩形钢管分段制件，矩形钢管内加劲板位于分段管口端部，利于加劲板与矩形钢管焊接操作，同时方便整体工形梁与节点一体化运输、减小单构件自重、便于现场吊装施工。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1a为传统工形梁与矩形钢管的加劲板设置方式示意图；
33.图1b为传统工形梁与矩形钢管的半刚接连接方式示意图。
34.图2为刚性连接节点的整体示意图；
35.图3为刚性连接节点的分解示意图；
36.图4为矩形钢管内补强加劲板的设置方式示意图；
37.图5a为传统工形梁与矩形钢管的加劲板设置方式的节点应力分布图；
38.图5b为传统工形梁与矩形钢管的半刚接连接方式的节点应力分布图；
39.图5c为本发明刚性连接节点的节点应力分布图；
40.图6、图7、图8、图9、图10为刚性连接节点施工方法的过程示意图。
41.附图标记说明：
42.100、工形梁；200；矩形钢管；300、加劲肋；
43.101、翼缘板；102、腹板；101a、上翼板；101b、下翼板；
44.201、让位部；201a、切口；202、补强加劲板；203、壁板。
具体实施方式
45.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
47.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
48.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
49.实施例1
50.本实施提供一种刚性连接节点，其结构如图2和图3所示，包括工形梁100，矩形钢管200和加劲肋300。
51.其中，工形梁100包括翼缘板101和腹板102。矩形钢管200设于工形梁100的侧边，且其上设有与翼缘板101适配的让位部201。加劲肋300设于工形梁100与矩形钢管200之间，同时与工形梁100和矩形钢管200连接。
52.如图2和图3所示，本实施例中的矩形钢管200上切除出一块与翼缘板101形状适配的让位部201，使得局部工形梁100与矩形钢管200表面贴合，且尺寸大小合适，易于加工焊接，同时在矩形钢管200对应位置设置两道加劲肋300并焊接，使得节点的结构能有效、安全、可靠的传递矩形钢管200内力，削除节点钢管局部应力集中，并达到刚性节点要求。解决了工形梁100与矩形钢管200刚性连接，无规范依据，普通劲板设置方式中，施工困难质量无法保证，受力无法有效传递问题。
53.本实施例提供的刚性连接节点，通过在矩形钢管200上设置让位部201，并在矩形钢管200和工形梁100之间设置加劲肋300，改变了传统的节点连接方式，从而能有效的传递节点出杆件的内力，达到了刚性区域的目的，同时也与模型假定相符，确保结构可靠性，增加结构安全性。
54.实施例2
55.本实施例提供一种刚性连接节点，包括工形梁100，矩形钢管200和加劲肋300。其中，工形梁100包括翼缘板101和腹板102。矩形钢管200设于工形梁100的侧边，且其上设有与翼缘板101适配的让位部201。加劲肋300设于工形梁100与矩形钢管200之间，同时与工形梁100和矩形钢管200连接。
56.如图2和图3所示，所述让位部201与所述翼缘板101的内侧接触并连接。具体的，本实施例中的所述让位部201为从所述矩形钢管200端部向外切除壁板203形成的切口201a，且所述切口201a的长度等于翼缘板101伸出长度，切口201a的深度与翼缘板101厚度相同，使得局部工形梁100与矩形钢管200表面贴合，且尺寸大小合适，易于加工焊接。
57.如图2所示，本实施例中的加劲肋300的垂直于所述腹板102设置，且两端分别与所述矩形钢管200的壁板203和所述工形梁100的下翼板101b连接。每个所述矩形钢管200与下翼板101b之间设有两条平行的加劲肋300，且所述加劲肋300的与所述矩形钢管200的侧面壁板203外侧平齐。
58.为了保证连接的稳定性，所述让位部201与所述翼缘板101之间为焊接连接，所述加劲肋300与所述矩形钢管200及所述工形梁100之间为焊接连接。具体的，如图2和图3所示，矩形钢管200的让位部201和翼缘板101接触位置，以及矩形钢管200端部与腹板102形成的一圈均焊接。加劲肋300的两端以及与腹板102接触的一边，形成的三边接触位置，也采用焊接连接。
59.在矩形钢管200上设置的让位部201，也便于矩形钢管200和工形梁100之间的位置确定，方便焊接施工。矩形钢管200对应位置设置焊接的两道加劲肋300，使得节点的结构能有效、安全、可靠的传递矩形钢管200内力，削除节点钢管局部应力集中，并达到刚性节点要求。
60.为了进一步加强矩形钢管200局部受力情况，如图3和图4所示，本实施例中的让位部201内侧设有补强加劲板202，所述补强加劲板202与所述矩形钢管200内壁焊接连接，且与翼缘板101边对齐。
61.通过增设矩形钢管200内补强加劲板202，对矩形钢管200与加劲肋300接触等位置可能引起的应力集中进行削弱，同时也是矩形钢管200局部受力的加强措施。如图5a、图5b、图5c所示，三张图分别对应于图1a传统工形梁与矩形钢管的加劲板设置方式下应力云图、图1b传统工形梁与矩形钢管的半刚接连接方式应力云图、图2本实施例连接方式的刚接连接节点应力云图。从图5a的应力云图中可以看出，图1a连接方式，工形梁主结构构件翼缘板101受矩形钢管连接的影响较大，存在应力叠加、集中、加大现象，由于未设置加劲板202及加劲板300内侧不易施工部分加劲板，矩形钢管节点区及相关范围的加劲板300受力较大，应力集中范围较大；从图5b中看出，在图1b连接方式下，工形梁主结构构件翼缘板101受矩形钢管连接的影响最大，应力叠加、集中、加大现象也最明显，虽然是半刚性连接节点，依然要传递相应的弯矩、剪力、轴力等内力，同时由于未设置加劲板300，工形梁主结构构件腹板
102在矩形钢管节点区及相关范围均存在应力集中、加大现象；图2本发明连接方式，由于设置了加劲板300、加劲板202，并通过改变施工操作方式而使得矩形钢管下翼缘203较方便的伸至工形梁腹板102处，最终使得节点处工形梁翼缘板101影响下降至最低，工形梁腹板102基本不受连接节点影响，加劲板300及连接节点区相关范围总体的应力水平也最低，因此本连接方式最为安全、可靠，利于施工。
62.实施例3
63.本发明提供一种刚性连接节点的施工方法，其过程如图6至图10所示，包括以下步骤：
64.根据翼缘板101尺寸，在矩形钢管200端部切出让位部201；
65.在矩形钢管200内部设置补强加劲板202；
66.通过让位部201拼合并连接矩形钢管200与翼缘板101；
67.将加劲肋300连接在所述矩形钢管200与翼缘板101之间。
68.将补强加劲板202与矩形钢管200以及翼缘板101连接处一圈围焊；
69.将矩形钢管200与工形梁100连接处一圈围焊；
70.将加劲肋300与矩形钢管200以及工形梁连接处一圈围焊。
71.具体的，分为以下四步：
72.1、矩形钢管200的加工：如图6所示，在长条的矩形钢管200上截出节点区用钢管，再根据翼缘板101的尺寸，切除矩形钢管200上靠近工形梁100翼缘一边的壁板203，形成如图7所示的让位部201；
73.2、安装补强加劲板202：如图8所示，在截出的钢管内部焊接补强加劲板202，补强加劲板202与矩形钢管200连接处一圈围焊；
74.3、矩形钢管200与工形梁100的连接：如图9所示，让位部201对准翼缘板101，将矩形钢管200连同加装的补强加劲板202一同焊接在翼缘板101上；
75.4、安装两条加劲肋300，如图10所示，将两条加劲板的放置在矩形钢管200和工形梁100之间的区域，并将加劲肋300与矩形钢管200以及工形梁连接处一圈围焊。
76.本实施例提供的刚性连接节点的施工方法，传统工形梁100节点基础上，通过改变加劲板设置方式、调整杆件加工工序，以适应工形梁100与矩形钢管200连接，矩形钢管200分段制件，矩形钢管200内加劲板位于分段管口端部，利于加劲板与矩形钢管200焊接操作，同时方便整体工形梁100与节点一体化运输、减小单构件自重、便于现场吊装施工。
77.重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本技术的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行
状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
78.此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。
79.应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
80.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。