[发明专利]钢桁架领结式整体节点的结构构造和施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及钢桁架结构，具体地说，特别涉及一种焊接箱型截面钢桁架杆件的连接节点及其施工方法。

背景技术

桁架结构中，由于节点刚性、轴力偏心、横向连接件变形以及非节点荷载等因素的影响，杆件并非只承受理想铰接模型中的轴向力，还不可避免的存在杆端次弯矩。尤其对于大型桥梁工程和重型机械结构，承载力要求高导致了桁架杆件尺寸比较大，刚性节点板或整体节点所产生的节点刚性次内力效应非常显著。钢桁架次内力的不利影响主要体现在以下四方面：①弯曲应力诱发过早的强度破坏，杆端截面提前进入塑性状态；②杆端弯矩不利于压杆的稳定，并使得按照轴心压杆进行稳定验算偏于不安全；③超静定结构适应基础不均匀沉降以及温度变化的能力有所减弱；④弯曲应力降低了杆件截面的材料利用率，不利于结构优化。

目前，整体节点在桁架结构（尤其是钢桁架桥梁结构）中的应用日益增多。这种节点构造上采用相同宽度的箱形弦杆和腹杆，将所有与节点相连杆件的同侧腹板整合成为单块的整体节点板。与传统拼装式节点相比，整体节点对焊接工艺要求较高，但因节点在工厂制造，质量容易得到控制，同时由于拼接位置在节点之外，现场拼装工作量小且难度较低。另外整体节点还具有密封性好、整体性强、外观简洁等优点。在整体节点与桁架杆件之间的连接方式上，随着焊接技术日趋成熟，也逐渐由栓接向栓焊或全焊过渡。但无论哪种连接方式，大尺寸整体节点板的存在都将大大限制杆件端部的转动能力，从而导致杆件中存在较大的弯矩次内力。如果可以在保证桁架结构整体力学性能的前提下，采取措施减小整体节点的核心区尺寸，从而形成节点刚性域更小的紧凑型节点，将对降低节点刚性次内力有很大帮助。

程斌等曾于2009年9月在《建筑结构学报》上发表“领结式整体节点改善钢桁架次内力分析”一文，对采用杆端缩尺设计的Warren桁架结构进行了有限元分析，从理论上验证了这种设计方法的有效性。但该文只是初步提出了领节式整体节点的概念性设计思路，并未考虑节点的构造细节和部件组成，更未说明具体的组装施工方法，故而目前这种节点在实际工程中的应用尚不具备可操作性。

因此，如果可以提出具体的构造措施和相应的施工方法，使得这种领结式节点具有可实施性，并应用于实际工程，将对杆端次弯矩产生较好的降低效果，并带来一些其他方面的好处。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了一种采用全焊连接方式的钢桁架领结式整体节点的结构构造及其施工方法，它通过设置杆件变截面段来实现节点核心区紧凑化和节点刚性低弱化。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:

本发明提供了一种钢桁架领结式整体节点的结构构造，所述整个节点由三种钢板焊接而成，分别为腹板、翼缘板和横隔板；所述腹板分为弦杆部和腹杆部，所述弦杆部和腹杆部交接处为整个节点核心区，所述节点核心区的截面高度最小，然后从节点核心区到腹板弦杆部左右两端方向以及腹板腹杆部方向的截面高度逐渐变大；其中：从节点核心区到腹板弦杆部左右两端依次为弦杆变截面段、弦杆等截面段，从节点核心区到腹板腹杆部依次为腹杆变截面段、腹杆等截面段；所述翼缘板设置在两块腹板之间，并根据腹板轮廓形状进行弯折处理；所述横隔板设置在弦杆等截面段、腹杆等截面段、弦杆变截面段、腹杆变截面段以及节点核心区截面高度变化处以平衡翼缘板内力。

所述整体节点主要用于杆件长高比不大于15的大型桥梁等重载钢桁架结构。

所述整体节点采用焊接箱型截面杆件，且所有杆件的截面宽度均相同，从而保证节点构造的连续性。

所述腹板由整块钢板加工成节点轮廓形状，并为所有杆件共用。

所述翼缘板根据变截面段形状进行弯折后为相邻弦杆共用，同时在翼缘板两条长边的同一侧以及腹杆翼缘板靠近核心区的一端开设单侧焊缝坡口。

所述内隔板开圆孔后置于杆件截面高度变化处，以平衡翼缘板内力并减轻整体节点重量。

所述腹板的厚度取为节点所连接杆件腹板壁厚的最大值；所述翼缘板的厚度取相邻弦杆翼缘板厚度的较大值。

所述腹板在翼缘板交角处设置圆弧过渡，圆弧半径的取值为弦杆截面高度的0.3~0.6倍。

所述弦、腹杆变截面段的长度取为其最大截面高度的1~3倍。

所述弦、腹杆变截面段的最小截面高度取为最大截面高度的0.3~0.6倍。

所述整体节点采用的钢材强度等级可高于其他杆件节段，以提高桁架结构的承载力。

所述整体节点采用的钢材强度等级越高，其变截面段的最小截面高度与最大截面高度比值就越低。

本发明还提供上述钢桁架领结式整体节点的施工方法，包括如下步骤：