梁箱型焊接整体节点的结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑领域，特别是涉及梁箱型焊接整体节点的结构及其施工方法。

背景技术

理论上的桁架结构体系中，弦杆与腹杆只承受理想铰接模型中的轴向力。但是实际上，由于节点自身的刚性、连接件变形以及偏心力等因素的影响，使得工程中桁架体系杆端存在一定的次应力。这种次应力会使得通过焊接连接起来的节点处较早的进入塑性状态，从而提前引发强度破坏，严重的影响了整个体系的承载能力。

针对上述问题，整体节点在钢桁架体系中的应用日益增多。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。

发明内容

基于此，有必要针对上述整体节点板使得杆件中存在较大的弯矩次内力的问题，提供一种能够降低弯矩次内力的梁箱型焊接整体节点的结构及其施工方法。

一种梁箱型焊接整体节点的结构包括：

腹板组，包括两块相对且平行设置的腹板；所述腹板组包括腹杆部和弦杆部，所述腹杆部和所述弦杆部呈夹角设置；所述腹杆部的高度和所述弦杆部的高度在彼此的连接处最小；

翼缘板组，包括两块相对设置的翼缘板，所述翼缘板组位于两块所述腹板之间并与所述腹板连接，所述翼缘板沿所述腹板的边长设置，所述翼缘板组包括相对设置的第一端和第二端，两块所述翼缘板在第一端的距离小于两块所述翼缘板在第二端的距离。

在一个实施例中，还包括第一隔板和第二隔板，所述第一隔板和所述第二隔板均位于两块所述翼缘板之间，并与所述翼缘板和所述腹板连接，所述第一隔板位于所述翼缘板组的第一端，所述第二隔板位于所述翼缘板组的第一端和第二端之间，所述第一隔板的高度小于所述第二隔板的高度。

在一个实施例中，所述第一隔板、所述第二隔板、所述翼缘板组、所述腹板组形成容纳空间，所述容纳空间用于浇筑混凝土。

在一个实施例中，所述梁箱型焊接整体节点的结构包括变截面段和等截面段，所述变截面段中，两块所述翼缘板之间的距离自所述第二隔板处向所述第一隔板处逐渐缩小，所述等截面段中，两块所述翼缘板之间的距离自所述第二隔板处向所述翼缘板的第二端保持不变。

在一个实施例中，所述变截面段中，最小截面高度为最大截面高度的0.4-0.6倍。

在一个实施例中，所述变截面段的长度为所述变截面段最大截面高度的1-3倍。

在一个实施例中，所述腹杆部与弦杆部的连接处呈圆弧过渡。

在一个实施例中，所述翼缘板与所述腹板垂直连接。

在一个实施例中，所述弦杆部的数量为两个，两个所述弦杆部的中心线处于同一条之间上，所述腹杆部的中心线垂直于所述弦杆部的中心线。

上述梁箱型焊接整体节点的结构的施工方法包括以下步骤：

将腹板、翼缘板切割或弯折成所需形状；

将所述翼缘板与其中一块所述腹板焊接连接；

将第一隔板和第二隔板放入预定位置，并将所述第一隔板和所述第二隔板与所述腹板和所述翼缘板连接；

向所述第一隔板和所述第二隔板之间填充混凝土并振捣密实；

待混凝土凝结后，盖上另一块腹板，并与所述第一隔板、所述第二隔板和所述翼缘板连接，完成整体节点的施工。

上述梁箱型焊接整体节点的结构由于腹板组中腹杆部的高度和弦杆部的高度在彼此的连接处最小，并且翼缘板组的两块翼缘板在靠近核心区处具有较小的间距，使得整体节点的核心区尺寸较小，从而形成了节点刚性域更小的紧凑型节点，提升了杆件端部的转动能力，从而降低了杆件的弯矩次内力。另外，在第一隔板和第二隔板之间填充混凝土，有效增强了整体节点的承载力。上述梁箱型焊接整体节点的结构的施工方法将桁架体系中部分施工从节点处转移到节点外，提高了施工的便捷性，同时也增加了节点的承载力。此外，上述施工方法步骤简单、操作容易，适于推广应用。

附图说明

图1为一实施例的梁箱型焊接整体节点的结构剖面图；

图2为图1所示的梁箱型焊接整体节点的腹板的结构示意图；

图3为图1所示的梁箱型焊接整体节点的结构在A-A’的截面图；

图4为图1所示的梁箱型焊接整体节点的结构在B-B’的截面图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

由于大尺寸整体节点板的存在都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核心区的尺寸，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。本发明正是基于这个构思提出，本发明通过设置节点附近区域杆件截面变小来实现节点核心区次应力的减弱，通过在核心区内填混凝土以增加整体节点的承载力。以下将结合附图对本发明的梁箱型焊接整体节点的结构进行说明。

如图1-图4所示，一实施例的梁箱型焊接整体节点的结构包括腹板组和翼缘板组，腹板组包括两块相对且平行设置的腹板10，腹板组包括呈夹角设置的腹杆部12和弦杆部14，腹杆部12的高度和弦杆部14的高度在彼此的连接处最小；翼缘板组包括两块相对设置的翼缘板20，翼缘板组位于两块腹板10之间并与腹板10连接，翼缘板20沿腹板10的边长设置，翼缘板组包括相对设置的第一端和第二端，两块翼缘板20在第一端的距离小于两块翼缘板20在第二端的距离。

上述梁箱型焊接整体节点的结构由于腹板组中腹杆部12的高度和弦杆部14的高度在彼此的连接处最小，并且翼缘板组的两块翼缘板20在靠近核心区处具有较小的间距，使得整体节点的核心区尺寸较小，从而形成了节点刚性域更小的紧凑型节点，提升了杆件端部的转动能力，从而降低了杆件的弯矩次内力。

腹杆部12与弦杆部14连接处为整体节点的核心区，腹杆部12的高度和弦杆部14的高度在彼此的连接处最小，可以减小核心区的尺寸，从而形成节点刚性域更小的紧凑型节点。在本实施例中，弦杆部14和腹杆部12的截面均为箱形，且弦杆部14的截面宽度与腹杆部12的截面宽度相同。另外，腹杆部12的高度为腹杆部12的截面高度，同样地，弦杆部14的高度为弦杆部14的截面高度。

两块腹板10平行且相对设置，一块腹板10在另一块腹板10上的投影与另一块腹板10完全重合。两块腹板10之间设有一定的距离，为后续形成容纳空间提供条件。根据腹板组的不同形状，将腹板组划分为不同的类别，例如，当腹板组为T字型时，腹板组包括一个腹杆部12和两个弦杆部14。

请继续参阅图1，在本实施例中，腹杆部12和弦杆部14的连接处呈圆弧过渡。弦杆部14和腹杆部12是位于同一个平面上。腹杆部12与弦杆部14的连接处向内凹陷并呈圆弧过渡，有利于降低节点刚性次内力。在本实施例中，圆弧半径的取值为弦杆部14截面高度的0.5倍。

另外，腹杆部12与弦杆部14之间的夹角可以根据整体节点的形状进行选择。例如，当整体节点为K字型时，腹杆部12与弦杆部14之间的夹角为45°。当整体节点为T字型时，腹杆部12与弦杆部14之间的夹角为90°。腹杆部12和弦杆部14的数量也可以根据整体节点的形状进行选择。在K字型整体节点中，腹杆部12和弦杆部14的数量均为两个。在T字型整体节点中，腹杆部12的数量为1个，弦杆部14的数量为两个，两个弦杆部14的中心线处于同一条直线上，腹杆部12的中心线垂直于弦杆部14的中心线。本实施例将以T字型整体节点为例进行说明。

在两块腹板10之间设置有翼缘板组，翼缘板组包括两块相对设置的翼缘板20，翼缘板20分别沿腹板10的边长设置。翼缘板组的个数根据腹板10的形状进行选择。例如，在本实施例中，翼缘板组的个数为三个。具体地，在腹杆部12，设置有一个翼缘板组，在该翼缘板组里设置有两块相对设置的翼缘板20，这两块翼缘板20沿腹杆部12的边长设置，即，沿腹杆部12的长度方向设置。同样地，由于弦杆部14的数量有两个，因此在弦杆部14中，设置有两个翼缘板组。由于两个弦杆部14的中心线处于同一条直线上并且为一个整体，因此，相邻的两个弦杆部14可以共用一个翼缘板组，即，两个翼缘板组一体成型。翼缘板组也设置有两块相对设置的翼缘板20，这两块翼缘板20沿弦杆部14的长度方向设置，即，沿弦杆部14的长度方向设置。在本实施例中，翼缘板20与腹板10垂直连接。

翼缘板组包括相对设置的第一端和第二端，在翼缘板组中，两块翼缘板20在第一端的距离小于两块翼缘板20在第二端的距离。翼缘板组的第一端位于整体节点的核心区，通过缩小翼缘板组在核心区的间距，有利于降低核心区的尺寸。在本实施例中，两个弦杆部14的翼缘板20为一个整体，分别包括上翼缘板20和下翼缘板20。上翼缘板20和下翼缘板20均由钢板根据腹板10的轮廓在核心区弯折形成。

在箱形钢桁架内填混凝土可以提高桁架体系的整体刚度，从而减小杆件在节点处的变形，最终提高钢桁架的整体承载力。如图1所示，在本实施例中，梁箱型焊接整体节点的结构还包括第一隔板30和第二隔板40，第一隔板30和第二隔板40均位于两块翼缘板20之间，并与翼缘板20和腹板10连接，第一隔板30位于翼缘板20的第一端，第二隔板40位于翼缘板20的第一端和第二端之间，第一隔板30的高度小于第二隔板40的高度。更进一步地，第一隔板30、第二隔板40、翼缘板20、腹板10形成容纳空间，该容纳空间用于浇筑混凝土1。通过在相对薄弱的节点核心区填充混凝土1，一方面增加了节点处的强度，另一方面减弱了混凝土对结构自重带来的不利影响，从而提高了整体节点的承载力。

第一隔板30的宽度和第二隔板40的宽度与翼缘板20的宽度相同，因此，第一隔板30、第二隔板40与腹板组和翼缘板组在连接后可以形成封闭的整体节点。第一隔板30的两侧以及第二隔板40的两侧分别与两块腹板10连接，第一隔板30的另外两侧以及第二隔板40的另外两侧分别与两块翼缘板20连接。

在本实施例中，梁箱型焊接整体节点的结构包括变截面段和等截面段，在变截面段中，两块翼缘板20之间的距离自核心区中心处向第二隔板40处逐渐增大，在等截面段中，两块翼缘板20之间的距离自第二隔板40处向翼缘板组的第二端保持不变。变截面段位于整体节点的核心区，通过在变截面段与核心区设置第一隔板30和第二隔板40，可以直接传递翼缘板20内力，并为内填混凝土提供模板条件。

腹板组包括腹杆部12和弦杆部14，以腹板10形状为T字型为例。腹杆部12和弦杆部14交接处为整个节点的核心区，节点核心区的截面高度最小，然后从节点核心区到弦杆部14左右两端方向、以及腹杆部12方向的截面高度先逐渐变大，然后保持不变。其中，从节点核心区到弦杆部14左右两端依次为弦杆变截面段、弦杆等截面段。从节点核心区到腹杆部12依次为腹杆变截面段和腹杆等截面段。在弦杆部14中，第一隔板30和第二隔板40位于弦杆变截面段的两端。具体地，第一隔板30位于核心区，第二隔板40位于弦杆变截面段和弦杆等截面段的交接处。在腹杆部12中，可以不设置第一隔板30，仅设置第二隔板40，第二隔板40位于腹杆变截面段和腹杆等截面段的交接处。由于整体节点的形状为T型，腹杆部12的两块翼缘板20的端部与弦杆部14的上翼缘板20的外表面连接。

更进一步地，在变截面段中，最小截面高度为最大截面高度的0.4-0.6倍。变截面段的长度为变截面段最大截面高度的1-3倍。

在本实施例中，整体节点由钢材制成，节点区域可以单独采用强度等级较高的钢材，从而提高桁架结构的承载力以及稳定性。

上述梁箱型焊接整体节点的结构适用于杆件高比不大于20的重载钢桁架结构。

下面对上述梁箱型焊接整体节点的结构的施工方法进行说明。

一实施例的梁箱型焊接整体节点的结构的施工方法包括以下步骤：

将腹板10、翼缘板20切割或弯折成所需形状。根据整体节点的形状将腹板10切割成预定形状，保证腹板10是由整块钢板加工而成。例如，当整体节点为K字型，就将腹板10切割成K字型。当整体节点为T字型，就将腹板10切割成T字型。翼缘板20根据腹板10的轮廓形状进行弯折处理。

将翼缘板20与其中一块腹板10焊接连接。在翼缘板20两条长边的同一侧以及腹杆部12中的翼缘板20靠近核心区的一端开设单侧焊缝坡口，以用于和腹板10连接。将弦杆部14中的翼缘板20用坡口熔透焊的方式与腹板10连接，焊接后，翼缘板20与腹板10保持相互垂直。将腹杆部12中的翼缘板20用坡口熔透焊的方式与腹板10连接，并用坡口熔透焊将翼缘板20的端部与弦杆部14中的翼缘板20连接固定。

将第一隔板30和第二隔板40放入预定位置，并将第一隔板30和第二隔板40与腹板10和翼缘板20连接。在第一隔板30、第二隔板40与腹板10和翼缘板20相交的三条边上施焊双侧角焊缝与之连接固定，焊接后，第一隔板30、第二隔板40与腹板10保持相互垂直。

向第一隔板30和第二隔板40之间填充混凝土并振捣密实。

待混凝土凝结后，盖上另一块腹板10，并与第一隔板30、第二隔板40和翼缘板20连接，完成整体节点的施工。具体地，在另一块腹板10与弦杆部14的翼缘板20、腹杆部12的翼缘板20相交处进行坡口熔透焊接。在另外一块腹板10与第一隔板30、第二隔板40的相交处进行单侧角缝焊，形成封闭式整体节点。

最后，采用对接熔透焊与其它杆件节段连接，形成整体桁架。上述整体节点在工厂制作完成，运抵施工现场后，通过钢板对接焊缝，与其它杆件节段连接而形成整体桁架。

上述梁箱型焊接整体节点的结构及其施工方法具有以下优点：

(1)有效减小了桁架结构在节点刚性处的杆端次弯矩；

(2)整体节点在工厂加工制作，大量减少了现场焊接工作，有利于提高工程质量；

(3)将桁架体系中部分焊接作业从节点处转移至节点外，有利于增加节点承载力；

(4)在核心区内填充混凝土，有效增强了整体节点的承载力。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。