申请/专利权人：太原理工大学

申请日：2019-06-24

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN110318461B

主分类号：E04B1/19

分类号：E04B1/19;E04B1/58

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2019.11.05#实质审查的生效;2019.10.11#公开

摘要：本发明公开了一种圆钢管支撑连接用螺栓鼓形球面壳节点，该节点包括鼓形球面壳和N个连接组件，每个连接组件包括曲面欧式螺母、网架用高强度螺栓、套筒、封板（或锥头）和圆钢管杆件。根据支撑体系中节点所处的位置不同，分为角鼓、半鼓和全鼓三种形式。实际应用时确定网架用高强度螺栓的规格选定节点的各组成零件的几何尺寸及节点的受拉、受压承载力。圆钢管支撑连接用螺栓鼓形球面壳节点的传力明确，理论分析与实际受力误差小；无偏心、可微调，受力性能可靠；采用螺栓连接，安装高效；无外凸，方便墙板安装及室内装修。

主权项：1.一种圆钢管支撑连接用螺栓鼓形球面壳节点，其特征在于：包括鼓形球面壳（1）和多个连接组件（8）；所述鼓形球面壳（1）通过位于上下两端的圆形平面盖板（11）之间采用球形连接面（12）构成；位于上端或者下端的圆形平面盖板（11）中央开有安装孔（13），所述球形连接面（12）上开有一个或者多个连接孔（14），多个连接孔（14）中心位于同一连接平面；所述连接组件（8）包括曲面欧式螺母（2）、网架用高强度螺栓（3）、套筒（4）、封板（5）或者锥头（6）、圆钢管杆件（7），所述圆钢管杆件（7）的一端通过封板（5）或者锥头（6）预装网架用高强度螺栓（3），所述套筒（4）通过紧固螺钉固定套装于网架用高强度螺栓（3）上，所述网架用高强度螺栓（3）自由端穿过鼓形球面壳（1）的球形连接面（12）上的连接孔（14）后通过曲面欧式螺母（2）固定；多个连接组件（8）在鼓形球面壳（1）的球形连接面（12）上居中环绕布置；所述圆形平面盖板（11）与球形连接面（12）采用完全焊透的坡口对接焊缝，所述圆形平面盖板（11）的厚度大于球形连接面（12）的壁厚；所述球形连接面（12）上连接孔（14）的孔径d'=d+4mm，其中，d为网架用高强度螺栓（3）的直径；当圆钢管杆件（7）的管径大于76mm时选用锥头（6）连接，当圆钢管杆件（7）管径小于等于76mm时选用封板（5）连接；所述鼓形球面壳（1）内位于球形连接面（12）上连接孔（14）两侧设置平行双肋（10）。

全文数据：圆钢管支撑连接用螺栓鼓形球面壳节点技术领域本发明属于土木工程建筑领域，具体为一种圆钢管支撑连接用螺栓鼓形球面壳节点。背景技术在空间钢管结构中，最为常见的节点有焊接空心球节点和螺栓球节点。焊接空心球节点是将杆件直接与空心球焊接，空心球无方向性，可以与任意方向的杆件相连，只要钢管切割面与杆件轴线垂直，杆件就能在球心自然对中，不会出现偏心连接，节点传力明确。但焊接空心球节点在焊脚处易出现应力集中现象，且施工现场需要大量高空焊接工作，较难保证节点质量。螺栓球节点是通过高强度螺栓将杆件与节点相连，施工方便快捷，各构件可实现标准化设计，满足建筑工业化和生产化要求。但螺栓球节点自重较大，对加工精度要求较高，安装偏差很容易造成杆件偏心受力，在安装过程中容易出现“欠拧”和“假拧”的现象，影响节点承载能力。根据焊接空心球节点、螺栓球节点分别具有对中方便、安装高效等特点，设计出一种适用于圆钢管支撑螺栓连接节点，实现圆钢管支撑的装配化。发明内容本发明为了解决上述两种节点存在的应力集中现象明显，影响节点承载能力，节点加工精度要求高，施工过程复杂等问题，进而设计出圆钢管支撑连接用螺栓鼓形球面壳节点。本发明是采用如下技术方案实现的：一种圆钢管支撑连接用螺栓鼓形球面壳节点，包括鼓形球面壳和多个连接组件。所述鼓形球面壳通过位于上下两端的圆形平面盖板之间采用球形连接面构成；位于上端或者下端的圆形平面盖板中央开有安装孔，所述球形连接面上开有一个或者多个连接孔，多个连接孔中心位于同一连接平面。所述连接组件包括曲面欧式螺母、网架用高强度螺栓、套筒、封板或者锥头、圆钢管杆件，所述圆钢管杆件的一端通过封板或者锥头预装网架用高强度螺栓，所述套筒通过紧固螺钉固定套装于网架用高强度螺栓上，所述网架用高强度螺栓自由端穿过鼓形球面壳的球形连接面上的连接孔后通过曲面欧式螺母固定。多个连接组件在鼓形球面壳的球形连接面上居中环绕布置。使用时，该圆钢管支撑连接用螺栓鼓形球面壳节点作为平面连接节点，装配时，通过安装孔将曲面欧式螺母定位于球形连接曲面的连接孔处，套筒通过紧固螺钉固定连接在预置好的网架用高强度螺栓上，使用曲面欧式螺母和网架用高强度螺栓将圆钢管杆件与鼓形球面壳固定连接，N个连接组件在鼓形球面壳的外表面居中环绕布置。本发明具有的有益效果如下：1、该连接节点传力明确，误差小。当圆钢管杆件受拉力时，节点传力路线为：拉力→钢管→锥头或封板→螺栓→螺母→鼓形球面壳；当圆钢管杆件受拉力时，其传力路线为：压力→钢管→锥头或封板→套筒→鼓形球面壳。2、该连接节点对中方便，无偏心。圆钢管杆件交汇于鼓形球面壳，因球面独特的对中性能，方便每根圆钢管杆件的轴线交于球心，不会出现节点偏心受力。3、连接孔可微调，容易连。在每根圆钢管对应位置，鼓形球面壳开孔直径比网架用高强度螺栓直径大2mm，圆钢管安装时，可绕球心360°微调，确保每根杆件顺利安装。4、螺栓连接，效率高。节点各组成部件为标准化、定型化和系列化设计，圆钢管杆件与鼓形球面壳采用螺栓，现场装配化安装，效率高。5、节点无外凸，方便墙板安装或二次装修。螺栓鼓形球面壳节点的两侧“鼓面”设计，使得节点无外凸，方便墙板安装或二次装修。本发明设计合理，是一种新型圆钢管装配式节点，具有较高的实用及推广价值。附图说明图1表示本发明的结构示意图。图2a表示一种连接组件（封板）的结构示意图。图2b表示另一种连接组件（锥头）的结构示意图。图3为无肋鼓形球面壳的正视图。图3a表示图3的A1-A1剖视图。图3b表示图3的A2-A2示意图。图4表示带肋鼓形球面壳的正视图。图4a表示图4的B1-B1剖视图。图4b表示图4的B2-B2示意图。图5表示曲面欧式螺母的正视图图5a表示图5的C1-C1剖视图。图5b表示图5的C2-C2俯视图。图6表示套筒的示意图。图6a表示图6的D1-D1剖视图。图7a表示封板剖面图。图7b表示锥头剖面图。图8表示网架用高强度螺栓的正视图。图9a表示单层支撑示意图。图9a1表示“角鼓”节点（节点1）剖面图。图9a2表示“半鼓”节点（节点2）剖面图。图9b表示双层支撑示意图。图9b1表示“半鼓”节点（节点3）剖面图。图9b2表示“全鼓”节点（节点4）剖面图。图中：1-鼓形球面壳，2-曲面欧式螺母，3-网架用高强度螺栓，4-套筒，5-封板，6-锥头，7-圆钢管杆件，8-连接组件，9-键槽（滑槽JGT10-2009），10-双肋，11-圆形平面盖板，12-球形连接面，13-安装孔，14-连接孔。具体实施方式下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。如图1所示，一种圆钢管支撑连接用螺栓鼓形球面壳节点，包括鼓形球面壳1和N个连接组件8。如图2a、2b所示，每个连接组件8包括曲面欧式螺母2、网架用高强度螺栓3、套筒4、封板5（或锥头6）、圆钢管杆件7；圆钢管杆件7的一端与封板5（或锥头6）的一端固定连接（连接锥头时连接锥头的大直径端），网架用高强度螺栓3预置于封板5（或锥头6）螺栓孔中，套筒4通过紧固螺钉固定连接在预置好的网架用高强度螺栓3上，网架用高强度螺栓3自由端穿过鼓形球面壳1的球形连接面12上的连接孔14后通过曲面欧式螺母2固定；使用曲面欧式螺母2和网架用高强度螺栓3将圆钢管杆件7与鼓形球面壳1固定连接。多个连接孔14中心位于球形连接面12的同一连接平面，则N个连接组件8在鼓形球面壳1的外表面居中环绕布置，属于平面连接。如图3、3a所示，鼓形球面壳1由球形连接面12和两端的圆形平面盖板11组成，圆形平面盖板11与球形连接面12采用完全焊透的坡口对接焊缝，圆形平面盖板厚度t大于球形连接面壁厚T，有效地利用了盖板对球面壳体的约束作用。如图4、4a所示，带肋鼓形球面壳仅在螺栓孔两侧垂直于盖板方向设置平行双肋10，其它与无肋鼓形球面壳相同。如图3b、4b所示，其中一侧的圆形平面盖板中间开有安装孔13，以便将曲面欧式螺母2放入鼓形球面壳1内，同时为安装提供操作空间，为保证圆形平面盖板受力，安装孔13孔径D'应大于曲面欧式螺母外径d，且小于圆形平面盖板外径的12。为防止鼓形球面壳节点内部生锈，在安装孔13外增设一块直径大于安装孔的密封板，密封板和圆形平面盖板上按十字布置四个螺纹孔，用沉头螺钉将两板相连。如图3、4所示，球形连接面12上开有螺栓连接孔14，连接孔的孔径d'=d+4mm（d为网架用高强度螺栓3直径），可实现螺栓3在2mm范围内进行微调，保证杆件在安装过程中不产生偏心。如图5和图5a所示，曲面欧式螺母底端为曲面，其曲率半径与球形连接面曲率半径一致，使曲面欧式螺母2与球形连接面12可贴合。如图5和5b所示，曲面欧式螺母顶端为六棱柱，安装时可用L型扳手从安装孔13伸入鼓形球面壳1内将螺母2固定，方便将网架用高强度螺栓3拧入曲面欧式螺母2内。如图6所示，套筒4与球形连接面12接触的一侧需铣出与其壳体表面吻合的球面。或者，套筒采用标准件，在套筒与鼓形球面壳的球形连接面之间设单侧凹面垫圈。如图6a所示，套筒4外表面为正六边形，用于旋拧网架用高强度螺栓3。圆钢管杆件7管径大于76mm时通常选用锥头6（如图7b所示）连接，当圆钢管杆件7管径小于等于76mm时通常选用封板5（如图7a所示）连接，且圆钢管杆件7与封板5（或锥头6）连接方式为焊接。如图8所示，网架用高强度螺栓3的螺杆上设有紧固螺钉卡合的键槽9（滑槽JGT10-2009），用于套筒4通过紧固螺钉固定连接在预置好的网架用高强度螺栓3上。连接组件8中N的取值范围随节点在钢管支撑体系中位置而定，而且鼓形球面壳1可以为“角鼓”、“半鼓”、“全鼓”等多种形式。如图9a所示单层支撑时，如图9a1所示，“角鼓”节点1安装有一个连接组件8，如图9a2所示；“半鼓”节点2安装有两个连接组件8。如图9b所示双层支撑时，如图9b1所示，“半鼓”节点3安装有三个连接组件8；如图9b2所示，“全鼓”节点4安装有四个连接组件8。总之，本发明根据支撑体系中节点所处的位置不同，分为角鼓、半鼓和全鼓三种形式。实际应用时确定网架用高强度螺栓的规格选定节点的各组成零件的几何尺寸及节点的受拉、受压承载力。圆钢管支撑连接用螺栓鼓形球面壳节点的传力明确，理论分析与实际受力误差小；无偏心、可微调，受力性能可靠；采用螺栓连接，安装高效；无外凸，方便墙板安装及室内装修。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖于本发明权利要求书的保护范围中。

权利要求：1.一种圆钢管支撑连接用螺栓鼓形球面壳节点，其特征在于：包括鼓形球面壳（1）和多个连接组件（8）；所述鼓形球面壳（1）通过位于上下两端的圆形平面盖板（11）之间采用球形连接面（12）构成；位于上端或者下端的圆形平面盖板（11）中央开有安装孔（13），所述球形连接面（12）上开有一个或者多个连接孔（14），多个连接孔（14）中心位于同一连接平面；所述连接组件（8）包括曲面欧式螺母（2）、网架用高强度螺栓（3）、套筒（4）、封板（5）或者锥头（6）、圆钢管杆件（7），所述圆钢管杆件（7）的一端通过封板（5）或者锥头（6）预装网架用高强度螺栓（3），所述套筒（4）通过紧固螺钉固定套装于网架用高强度螺栓（3）上，所述网架用高强度螺栓（3）自由端穿过鼓形球面壳（1）的球形连接面（12）上的连接孔（14）后通过曲面欧式螺母（2）固定；多个连接组件（8）在鼓形球面壳（1）的球形连接面（12）上居中环绕布置。2.根据权利要求1所述的圆钢管支撑连接用螺栓鼓形球面壳节点，其特征在于：所述鼓形球面壳（1）内位于球形连接面（12）上连接孔（14）两侧设置平行双肋（10）。3.根据权利要求1所述的圆钢管支撑连接用螺栓鼓形球面壳节点，其特征在于：所述圆形平面盖板（11）的安装孔（13）外设置密封板。4.根据权利要求1所述的圆钢管支撑连接用螺栓鼓形球面壳节点，其特征在于：所述圆形平面盖板（11）的厚度大于球形连接面（12）的壁厚。5.根据权利要求1所述的圆钢管支撑连接用螺栓鼓形球面壳节点，其特征在于：所述安装孔（13）孔径大于曲面欧式螺母（2）外径，且圆形平面盖板（11）外径的12。6.根据权利要求1所述的圆钢管支撑连接用螺栓鼓形球面壳节点，其特征在于：所述球形连接面（12）上连接孔（14）的孔径d'=d+4mm，其中，d为网架用高强度螺栓（3）的直径。7.根据权利要求1所述的圆钢管支撑连接用螺栓鼓形球面壳节点，其特征在于：所述曲面欧式螺母（2）顶端为六棱柱。8.根据权利要求1所述的圆钢管支撑连接用螺栓鼓形球面壳节点，其特征在于：当圆钢管杆件（7）的管径大于76mm时选用锥头（6）连接，当圆钢管杆件（7）管径小于等于76mm时选用封板（5）连接。9.根据权利要求1所述的圆钢管支撑连接用螺栓鼓形球面壳节点，其特征在于：所述套筒（4）与球形连接面（12）接触的一侧设有与其表面吻合的球面；或者，所述套筒（4）与球形连接面（12）之间设单侧凹面垫圈。

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