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专利号: 2020103980990
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.装配式矩形钢管节点,用于由矩形钢管构件构成的扁平单层网壳结构,承载竖向静力荷载和地震作用产生的平面外弯矩,其特征在于:包括相互垂直交叉的主管和支管,支管和主管截面相同;支管中间开槽后搭在主管上,支管中间开槽是指支管中间位置的下翼缘和腹板切割掉而上翼缘贯通,形成一个槽口,槽口两端分别焊接一块端板;主管穿过所述的槽口,通过位于主管下翼缘下方的螺栓(或锚栓)、及靠近主管上翼缘位置的单边螺栓将主管和端板连接起来;支管的腹板与端板之间装有横向加劲肋,支管的下翼缘与端板之间装有竖向加劲肋。

2.如权利要求1所述的装配式矩形钢管节点的设计计算方法,其特征在于:包括以下步骤:

步骤S1,根据节点承载力不低于相邻构件(支管),设计时确定节点在正、负平面外弯矩作用下的承载力Mou不小于支管全截面屈服弯矩理论值Mbp,竖向静力荷载产生的正平面外弯矩Mo+作用下,端板的重要功能之一就是将支管下翼缘传来的压力扩散到更长的主管下翼缘,根据“支管屈服”破坏先于“主管下翼缘挤压屈曲”破坏(支主管截面高度比大的矩形钢管相贯节点常见破坏模式)的原则,计算确定端板的最小宽度。

步骤S2,根据分析认为节点在风吸力或竖向地震作用产生的负弯矩Mo-作用下的可能破坏模式为:螺栓(或锚栓)受拉破坏、搭在主管上的支管翼缘受压屈服或屈曲、端板破坏、单边螺栓受剪破坏,其中螺栓(或锚栓)拉力和支管上翼缘压力成为抵抗Mo-的关键;

步骤S3,根据支管全截面屈服弯矩理论值Mbp计算确定受拉螺栓(或锚栓)群所受的总拉力T,根据T确定螺栓(或锚栓)的直径db和数量n;

步骤S4,根据拧螺栓的扳手放置所需最小空间确定螺栓(锚栓)中心至支管下翼缘的距离ef并进行螺栓布置,再根据螺栓(锚栓)布置在端板上设置加劲肋,将端板从伸臂类区格变成两边支承区格或三边支承区格,根据钢结构理论确定端板厚度tp;

步骤S5,支管传来的剪力由连接主管腹板和端板的单边螺栓抵抗,按内力组合中最大剪力Vmax计算所需的单边螺栓,根据螺栓(或锚栓)和单边螺栓布置最终确定端板的宽度bep和高度hep。

3.根据权利要求2所述的设计计算方法,其特征在于:所述步骤S1中,要求节点在在正、负平面外弯矩作用下的承载力Mou不小于支管全截面屈服弯矩理论值Mbp,即通过端板加强后使得节点在发生“支管屈服”之前不会发生钢管相贯节点的“主管侧壁或下翼缘挤压屈曲”破坏,克服普通钢管相贯节点承载力往往低于支管的缺陷;如此,要求节点在正弯矩作用下发生“主管下翼缘挤压屈曲”的平面外抗弯承载力Mou,cr不小于Mbp,从而确定端板最小宽度;Mou,cr参考已有研究(《钢结构》2019第6期刊“主支管截面高度比大的矩形钢管偏心相贯节点平面外抗弯承载力”)结果,将其中主管下翼缘受挤压作用区域的长度改为(bep+5T)以考虑端板的有利作用(使得支管下翼缘传来的压力分散到更长的主管下翼缘),如下:Mou=σkT(H-T)(5T+bep)=χfyT(H-T)(5T+bep)         (1)

式中,H和T分别为主管截面高度和壁厚,bep为端板截面宽度,σk为主管下翼缘屈曲应力,fy为主管材料屈服强度,χ为稳定系数,表达式如下:-1

χ=(5.56-4.17β -0.295lnγ)(2.03-0.69β1),且≤1.0     (2)

式中,β为支管与主管截面高度比(h/H),节点的支管与主管同截面故β=1.0,β1为支管截面宽度与主管截面高度比(b/H),γ为主管截面高度一半与主管壁厚之比(0.5H/T)。

4.根据权利要求2所述的设计计算方法,其特征在于:步骤S2中,节点在负弯矩Mo-作用下的破坏模式为:螺栓(或锚栓)受拉破坏、槽口处支管上翼缘受压屈曲或屈服,端板弯曲破坏、单边螺栓受剪破坏,其中螺栓(锚栓)的拉力和支管上翼缘的压力构成了抵抗Mo-的关键。

5.根据权利要求2所述的设计计算方法,其特征在于:所述步骤S3中,按支管全截面屈服弯矩理论值Mbp计算螺栓(或锚栓)群拉力T=Mbp/h,h为支管截面高度;根据拉力T进行螺栓(或锚栓)设计,设计时应尽可能选择高强度材料且长度应满足要求,螺栓(或锚栓)数量n根据支管宽度和端板宽度每一排4个以上(其中至少有2个位于支管宽度之外)确定,同时螺栓(或锚栓)直径db和间距s应满足钢结构紧固件设计的相关规定。

6.根据权利要求2所述的设计计算方法,其特征在于:所述步骤S4中,根据螺栓(或锚栓)的布置,在端板上设置竖向和水平加劲肋,将受螺栓拉力作用区域的端板从伸臂类区格变成两邻边支承区格或三边支承区格,根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》(GB51022-2015)相关规定计算两边支承格区、三边支承格区的端板厚度,分别如下式(3)和式(4):式中,f为端板钢材抗拉强度设计值,N1为一个螺栓(或锚栓)受拉承载力设计值,ef为螺栓中心至支管下翼缘的距离,ew1为两边支承格区中的螺栓中心至加劲板的距离,ew2为三边支承格区中的螺栓中心至加劲板的距离,bep和bs分别为端板宽度和加劲肋宽度,端板厚度tep取t1和t2的较大值、且不小于钢管壁厚的1.2倍,bep不小于按式(1)计算的端板宽度;bep和bs均与螺栓中心至板边缘距离eb有关,eb按《钢结构设计标准》(GB50017-2017)中的螺栓孔距离板边缘的构造要求确定。

7.根据权利要求2所述的设计计算方法,其特征在于,步骤S5中,设置单边螺栓抵抗剪力,根据内力组合中支管和主管连接处最大剪力Vmax计算所需的单边螺栓,设计确定单边螺栓直径和数量,通常单边螺栓数量不少于一排两个;根据螺栓(或锚栓)和单边螺栓布置最终确定端板的宽度bep和高度hep。