CN106013429A - 一种翼缘栓焊混合连接铝合金空间结构节点 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种翼缘栓焊混合连接铝合金空间结构节点，包括上下两块圆盘盖板和工字型铝合金杆件，该节点还包括中心立柱，中心立柱设置在上下两块圆盘盖板之间，上下两块圆盘盖板和中心立柱通过对拉螺栓连接在一起；工字型铝合金杆件在靠近中心立柱的端部设有腹板凸出部，在腹板凸出部靠近中心立柱的一端设有杆端嵌入榫；在中心立柱上沿其径向设有与腹板凸出部吻合的嵌入槽，嵌入槽的底部是与杆端嵌入榫吻合的嵌入卯；工字型铝合金杆件的翼缘板与圆盘盖板采用高强螺栓和焊缝混合连接。本发明能够增强现有圆盘盖板节点的抗拉强度，提升其抗拉性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金空间结构的节点，特别是一种翼缘栓焊混合连接铝合金空间结构节点。
背景技术
铝合金材料属于一种新型建筑材料，具有自重轻、比强度高、美观、耐腐蚀性能好、可以挤压成型等优点，最初在航空航天领域被广泛应用，随后该种材料被引入到了土木工程领域，亦被广泛推广。铝合金与钢材相比，密度仅为钢材的1/3，轻盈的结构体系有利于抗震设计，同时自重的降低减小了下部支座的负担，这一优势在大跨度空间结构中更为明显,尤其是在大跨度空间结构快速发展的今天，铝合金正体现出它的优越性，有着广阔的发展前景。
国内对于铝合金的研究起步较晚，国外的研究始于50年代，目前的研究成果相对我国较为成熟。近年来，我国对铝合金的研究步伐正在加快，研究内容也越来越深入广泛，国内已经建成了10余座大型铝合金空间结构。如今，铝合金结构已经成为仅次于钢结构的重要金属建筑结构形式。
对于空为广泛的节点为铝合金圆盘盖板节点(又称TEMCOR节点)，这种节点在上下翼缘处分别放置一个盖板，相连杆件在上下翼缘处各通过8颗不锈钢紧固螺栓与盖板连接，大多数的节点上连接六根工字型截面杆件，从而形成空间结构。
但是圆盘盖板节点仍存在不足之处，由于盖板仅通过螺栓与杆件翼缘连接，因此节点的抗剪性能很差。由于螺栓孔的存在，无论是杆件还是盖板都在螺栓孔的边缘存在应力集中现象，并从盖板外边缘往节点中心逐步减轻，因此在节点使用过程中结构的破坏往往发生在应力集中最大的位置，即盖板外边缘处发生，削弱了杆件的抗拉承载力，从而出现了“强构件，弱节点”的现象。这一现象则违背了工程设计的“强节点，弱构件”的要求。
焊缝连接是钢结构连接中广泛采用的连接方式，考虑到钢结构栓混连接对结构强度的加强，将同样的思路引入至铝合金结构中，以此方法加强圆盘盖板节点的强度。但存在的问题是，与钢结构焊接相比，铝合金构件的焊接热影响区范围宽达几十毫米，在焊接热影响区内母材强度降低多达40％，目前的焊接技术还不能解决焊接热影响区强度降低的问题。
对于钢结构来说，公元前3000多年埃及出现了锻焊技术，公元前2000多年中国的殷朝采用铸焊制造兵器，1801年，英国H.Davy发现电弧，在这之后的200年时间里逐渐发明了电弧焊、气体保护焊等焊接方法，最终形成了如今完整的钢结构焊接体系。而对于铝合金来说，铝作为结构金属的突破是随着20世纪40年代惰性气体焊接工艺的出现而实现的，发展史仅有70年左右，相信今后随着国内外对铝合金结构焊接方法研究的逐渐发展与深入，能够实现在焊接热影响区内加强铝合金强度这一目的，也就能够实现利用栓焊混合连接方式加强圆盘盖板节点强度，实现“强节点，弱构件”的工程设计要求。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种翼缘栓焊混合连接铝合金空间结构节点，该节点能够加强现有圆盘盖板节点的抗拉强度，提升其抗拉性能，以保证其满足工程设计关于“强节点，弱构件”的要求，保证工程结构的稳定性与安全性。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种翼缘栓焊混合连接铝合金空间结构节点，包括上下两块圆盘盖板和工字型铝合金杆件，该节点还包括中心立柱，所述中心立柱设置在上下两块所述圆盘盖板之间，上下两块所述圆盘盖板和所述中心立柱通过对拉螺栓连接在一起；所述工字型铝合金杆件在靠近所述中心立柱的端部设有腹板凸出部，在所述腹板凸出部靠近所述中心立柱的一端设有杆端嵌入榫；在所述中心立柱上沿其径向设有与所述腹板凸出部吻合的嵌入槽，所述嵌入槽的底部是与所述杆端嵌入榫吻合的嵌入卯；所述工字型铝合金杆件的翼缘板与所述圆盘盖板采用高强螺栓和焊缝混合连接。
本发明具有的优点和积极效果是：通过在工字型铝合金杆件的翼缘板与圆盘盖板之间增添焊缝以及使工字型铝合金杆件与中心立柱采用榫卯嵌合连接的结构，增强了现有圆盘盖板节点的抗拉强度，提升了其抗拉性能，以保证其满足工程设计关于“强节点，弱构件”的要求，保证工程结构的稳定性与安全性。
附图说明
图1为本发明的三维示意图；
图2为本发明的三维拆分示意图之一；
图3为本发明的三维拆分示意图之二；
图4为本发明的工字型铝合金杆件和上下两块圆盘盖板焊接连接示意图之一；
图5为本发明的工字型铝合金杆件和上下两块圆盘盖板焊接连接示意图之二；
图6为本发明的工字型铝合金杆件和中心立柱嵌入连接的立体示意图；
图7为本发明的工字型铝合金杆件和中心立柱嵌入连接的俯视示意图；
图8为本发明的圆盘盖板示意图。
图中：1、对拉螺栓，2、高强螺栓，3、圆盘盖板，4、工字型铝合金杆件，5、中心立柱；6、杆端嵌入榫；7、嵌入槽；8、焊缝；9、嵌入卯。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图8，一种翼缘栓焊混合连接铝合金空间结构节点，包括上下两块圆盘盖板3和工字型铝合金杆件4，该节点还包括中心立柱5，所述中心立柱5设置在上下两块所述圆盘盖板3之间，上下两块所述圆盘盖板3和所述中心立柱5通过对拉螺栓1连接在一起。
所述工字型铝合金杆件4在靠近所述中心立柱5的端部设有腹板凸出部，在所述腹板凸出部靠近所述中心立柱5的一端设有杆端嵌入榫6；在所述中心立柱5上沿其径向设有与所述腹板凸出部吻合的嵌入槽7，所述嵌入槽7的底部是与所述杆端嵌入榫6吻合的嵌入卯9。
所述工字型铝合金杆件4的翼缘板与所述圆盘盖板3采用高强螺栓2和焊缝8混合连接。
为更好地说明本发明的实施方式，现举一应用实例进行说明：
上述翼缘栓焊混合连接铝合金空间结构节点在某工程中应用，该工程为铝合金单层网壳结构，使用圆盘盖板节点连接铝合金工字型杆件4，工字型杆件4的尺寸为400*280*15*10，在节点设计中，圆盘盖板3的半径、起拱量、高强螺栓2的规格与数量及圆盘盖板3厚度为关键参数，其中圆盘盖板3半径需满***汇杆件互不干涉的要求，圆盘盖板3起拱量取决于相应杆件与节点切平面的夹角。根据节点受力大小和相关构造要求确定焊缝8和上下圆盘盖板3的半径、厚度以及使用的高强螺栓2的个数和种类，并根据构造要求确定其他的尺寸。
工字型铝合金杆件4采用工厂加工施工现场拼装的方案，每一单元调整到位后，使用气动铆钉枪将高强螺栓固紧，将工字型铝合金杆件4与圆盘盖板3进行固定，同时将工字型铝合金杆件4的翼缘板和圆盘盖板3焊接在一起，直至单层网壳结构合拢完成为止。该节点在施工过程中应注意，工字型铝合金杆件4、圆盘盖板3的表面应清洁，不允许有裂纹、起皮、腐蚀和气泡存在。材料应采取单独存放，与其他不同材质的材料应有隔离措施。工字型铝合金杆件4和圆盘盖板3在加工制作时，在保证外形几何尺寸及外观质量不被破坏的前提下，可采取有效措施予以冷矫正，冷矫正后构件表面不应有明显凹陷及划痕损伤。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种翼缘栓焊混合连接铝合金空间结构节点，包括上下两块圆盘盖板和工字型铝合金杆件，其特征在于，该节点还包括中心立柱，所述中心立柱设置在上下两块所述圆盘盖板之间，上下两块所述圆盘盖板和所述中心立柱通过对拉螺栓连接在一起；所述工字型铝合金杆件在靠近所述中心立柱的端部设有腹板凸出部，在所述腹板凸出部靠近所述中心立柱的一端设有杆端嵌入榫；在所述中心立柱上沿其径向设有与所述腹板凸出部吻合的嵌入槽，所述嵌入槽的底部是与所述杆端嵌入榫吻合的嵌入卯；所述工字型铝合金杆件的翼缘板与所述圆盘盖板采用高强螺栓和焊缝混合连接。
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