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摘 要:總結(jié)了幾種常見的空間結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn):焊接空心球節(jié)點(diǎn)、螺栓球節(jié)點(diǎn)、鑄鋼節(jié)點(diǎn),并對(duì)這些節(jié)點(diǎn)的自身特性進(jìn)行了分析??臻g結(jié)構(gòu)的大力推廣,節(jié)點(diǎn)至關(guān)重要。結(jié)構(gòu)不復(fù)雜、安裝簡單、成本低,**很容易得到推廣,對(duì)促進(jìn)空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展也大有裨益。**,對(duì)常見空間結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)未來的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu);節(jié)點(diǎn)焊接;空心球節(jié)點(diǎn);螺栓球節(jié)點(diǎn);鑄鋼節(jié)點(diǎn)
引言
節(jié)點(diǎn)是空間結(jié)構(gòu)一個(gè)很重要的部分。在空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程中,研發(fā)了很多的節(jié)點(diǎn)。在這些節(jié)點(diǎn)中,有些節(jié)點(diǎn)是因?yàn)檠邪l(fā)時(shí)間較短,沒有應(yīng)用到實(shí)際案例中,有些節(jié)點(diǎn)是現(xiàn)場施工難度較大,沒有得到應(yīng)用,但這些節(jié)點(diǎn)為空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展起到了很好的推助作用。
下面將對(duì)幾種節(jié)點(diǎn)進(jìn)行簡單分析,同時(shí)對(duì)空間結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)未來發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
1焊接空心球節(jié)點(diǎn)
焊接空心球節(jié)點(diǎn)是目前使用**普遍的節(jié)點(diǎn)形式之一,它是由劉錫良教授發(fā)明的。焊接空心球節(jié)點(diǎn)具有跨距大、質(zhì)量輕、無需支撐等特點(diǎn)。在體育館、大飯店及娛樂場館應(yīng)用及其普遍。
1.1焊接球制作工藝
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的空心球常見的是采用熱壓工藝,這也是**常見的制作方式之一。**步是將鋼板下料加熱至很高的溫度,保持溫度在 850℃—900℃之間,然后采用由上下拼接而成的模具熱壓成半球形,然后檢驗(yàn)焊接球的圓度, 合格后要修切邊緣及坡口,**進(jìn)行成品球的焊接 [1 ]。
1.2焊接方式及順序
一般在焊接過程中要經(jīng)過仰焊、立焊等位置。這樣會(huì)導(dǎo)致操作工序難以把握,原因是焊條角度變化很大。在仰焊時(shí),非常容易產(chǎn)生焊瘤,這是由于在仰焊時(shí)熔化金屬有往下墜落的趨勢。焊瘤會(huì)在由仰焊位置過度到平焊位置時(shí)有向鋼管里面滴的現(xiàn)象,因此會(huì)出現(xiàn)熔深不均勻的現(xiàn)象。在焊接底部時(shí),仰焊及平焊部位的兩個(gè)焊縫接頭難以操作,一般仰焊接頭處容易產(chǎn)生內(nèi)凹,這是仰焊特有的缺陷,而平焊接頭處的底部易產(chǎn)生未焊透和焊瘤。
整體的焊接順序是先焊接下弦節(jié)點(diǎn),然后是上弦節(jié)點(diǎn),由中間往兩邊擴(kuò)散每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的所有焊縫應(yīng)將**遍全部焊完后,在進(jìn)行**遍的焊接,以防止焊接應(yīng)力集中,會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)架產(chǎn)生變形。在同一條焊縫中一半成型后再焊接另一半,這是不允許的。
2螺栓球節(jié)點(diǎn)
螺栓球節(jié)點(diǎn)由螺栓、鋼球、螺釘、套筒和錐頭等零件組成,適用于連接鋼管桿件,在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中較為常見。
螺栓球優(yōu)缺點(diǎn)
1 ) 螺栓球節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)體系,其構(gòu)造形式與力學(xué)假定相符,能有效減少誤差。
2)施工相對(duì)其他節(jié)點(diǎn)相對(duì)靈活,可以散裝和整體安裝。
3)質(zhì)量較輕,便于運(yùn)輸
螺栓球缺點(diǎn):
1 ) 設(shè)計(jì)需要考慮桿件角度,角度不好螺栓球很大。
2)需要各個(gè)配件的精度高,現(xiàn)場安裝難度大。
2.2高強(qiáng)度螺栓
高強(qiáng)度螺栓是相對(duì)于普通螺栓的一種螺栓。高強(qiáng)度螺栓由高強(qiáng)度鋼制造的,多用于鋼軌、橋梁及超高壓設(shè)備
的連接。根據(jù)受力特點(diǎn)可分為承壓型和摩擦性兩種。但是,與普通的螺栓相比,高強(qiáng)螺栓可以比普通螺栓承受更高的強(qiáng)度。高強(qiáng)螺栓通常選用高強(qiáng)度低合金鋼和高溫合金制造。熱處理是采用冷熱方法控制相變,賦予高強(qiáng)度螺栓極限服役性能的技術(shù)。近年來,國內(nèi)外研發(fā)出了一系列耐延遲斷裂性能優(yōu)良的高強(qiáng)度螺栓鋼,耐延遲斷裂性能大幅度提高 [2]。
2.3螺栓球節(jié)點(diǎn)的工作機(jī)理
只有充分了解到螺栓球節(jié)點(diǎn)的工作機(jī)理我們才能更加充分的理解其半剛性的原因。螺栓球節(jié)點(diǎn)通常由螺栓球、螺栓桿、錐頭和套筒組成。
螺栓球節(jié)點(diǎn)受力時(shí)的工作機(jī)理比較復(fù)雜,通常如下:當(dāng)拉力作用在錐頭的時(shí),會(huì)導(dǎo)致錐頭與套筒互相分離, 此時(shí)它們不參與受力,而螺栓桿與錐頭互相緊靠,會(huì)一同受力。當(dāng)錐頭受壓時(shí),此時(shí)套筒和錐頭會(huì)同時(shí)受力, 而螺栓桿和錐頭不參與受力。當(dāng)彎矩作用于錐頭的時(shí),由于實(shí)體球、螺栓桿、錐頭和套筒有部分互相緊靠,有部分區(qū)域分離,方向難以把握,這時(shí)候依據(jù)彎矩方向而定。
3鑄鋼節(jié)點(diǎn)
在復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)中,由于節(jié)點(diǎn)處支管太多,如果用常規(guī)節(jié)點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致大量焊縫密集交疊,會(huì)影響正常的施焊, 從而會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的工作性能降低,而采用鑄鋼節(jié)點(diǎn)會(huì)使重疊焊接引起的應(yīng)力集中大大減少。由于鑄鋼節(jié)點(diǎn)可以鑄成空間任意形狀,這樣使任意形狀的建筑造型都可以成為現(xiàn)實(shí)。通常在節(jié)點(diǎn)局部高應(yīng)力區(qū)采用圓形倒角和圓滑截面, 使節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分布更加的合理,另外鑄鋼材質(zhì)具有較好的塑形、韌性和可焊性 [3-4],因此在工程上得到了廣泛的應(yīng)用。
3.1鑄鋼節(jié)點(diǎn)的特性
在建筑鋼結(jié)構(gòu)中, 節(jié)點(diǎn)形式很多, 例如焊接空心球節(jié)點(diǎn)、螺栓球節(jié)點(diǎn)、相貫節(jié)點(diǎn)、焊板鋼板節(jié)點(diǎn)等。各個(gè)節(jié)點(diǎn)都有各自的特點(diǎn),鑄鋼節(jié)點(diǎn)的主要特性為:
鑄鋼節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)位置、尺寸、形狀的限制比較小,因此應(yīng)用十分的廣泛。不但能用于支座節(jié)點(diǎn),還可以用于結(jié)構(gòu)中部節(jié)點(diǎn)。
相對(duì)在現(xiàn)場焊接的節(jié)點(diǎn)來說,由于鑄鋼節(jié)點(diǎn)是在廠內(nèi)整體澆筑,因此可以使焊縫引起的應(yīng)力集中大大減少。
3.2鑄鋼節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)
1 ) 鑄鋼節(jié)點(diǎn)的可焊性要強(qiáng)。
2)節(jié)點(diǎn)肢桿和桁架桿件間應(yīng)為對(duì)接焊縫,肢桿的端面應(yīng)做成適當(dāng)坡口。
3)要進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì),同時(shí)保證一定的安全度。
3.3鑄鋼節(jié)點(diǎn)的焊接
為了確保焊接的質(zhì)量,要嚴(yán)格控制鑄鋼材中 C 、S 、P 的含量,而且對(duì)焊條的選材、焊接工藝都要進(jìn)行嚴(yán)格審核 [5]。焊接前要用加熱板對(duì)焊縫進(jìn)行預(yù)熱, 加熱至 100℃, 停止加熱 15 分鐘, 以保證構(gòu)件內(nèi)外溫度盡量接近, 然后用手工電弧焊打底,結(jié)束后要進(jìn)行冷卻措施。
4展望
近年來空間結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外得到了很大的發(fā)展,空間結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的形式也日趨多樣。在未來空間結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中,以下幾點(diǎn)問題還需關(guān)注。
( 1 )要對(duì)螺栓球和焊接球同時(shí)使用時(shí)的破壞機(jī)理進(jìn)一步的研究。要提高螺栓球節(jié)點(diǎn)中螺栓的安全度,避免結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞。
( 2 )由于空間結(jié)構(gòu)的鑄鋼節(jié)點(diǎn)與傳統(tǒng)工業(yè)中對(duì)鑄鋼件的性能要求、質(zhì)量控制等方面存在很大的不同,所以要加強(qiáng)對(duì)構(gòu)件受力性能影響、壁厚對(duì)鑄鋼設(shè)計(jì)強(qiáng)度影響等方面的研究。
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