一种封闭杆件内预埋螺栓的连接结构、拧紧方法及在矩形钢管单层网壳结构拼装中的应用与流程

本发明属于结构工程技术领域，尤其涉及一种封闭杆件内预埋螺栓的连接结构、拧紧方法及在矩形钢管单层网壳结构拼装中的应用。

背景技术：

网壳结构兼具杆系结构和薄壳结构的受力特点，具有跨越能力大、建筑造型丰富、经济指标优越等显著特点。几十年来网壳结构在国内外得到了迅速发展，至今仍是实际工程中应用最为广泛的空间结构形式之一。其中单层网壳的节点、杆件数量少，建筑效果轻盈简洁，通透性好，特别适合于自由曲面、复杂形体及美观要求高的建筑。

根据截面形式，单层网壳杆件主要包括圆钢管、矩形钢管和工字钢构件。单层网壳中，杆件除轴力外还承受弯矩作用，而且壳面面外弯矩通常远大于面内弯矩，因此从受力合理角度，具有截面强弱轴、主轴方向抗弯刚度大的矩形钢管比圆钢管更适合于单层网壳。此外，矩形钢管可直接支承屋面材料，不需要附加的檩条系统，可保证建筑效果简洁通透。与工字钢构件相比，矩形钢管具有更好的弱轴抗弯刚度及抗扭刚度，且外形美观，易于保洁、防腐。

矩形截面杆件单层网壳虽然性能优异，但是节点或连接技术发展相对滞后，导致实际工程中节点大多采用焊接，严重制约了其推广发展。现有的矩形钢管单层网壳拼装连接技术中，为方便施工安装，常牺牲矩形杆端部分截面。例如德国的merobk节点和seele节点在杆件翼缘开孔，实现装配化，一定程度上削弱了杆件的承载能力和密闭性。且现有的装配式节点因工艺复杂、制造精度要求高等原因导致成本较高，不易推广。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有节点体系的不足，提供一种封闭杆件内预埋螺栓的连接结构、拧紧方法及在矩形钢管单层网壳结构拼装中的应用。本发明通过预埋螺栓，保证了矩形钢管截面的完整性。同时又具备连接组件少，加工工艺简单，制造成本低的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种封闭杆件内预埋螺栓的节点连接结构，它包括节点体、节点端板、杆件端板、杆件、螺栓；所述节点端板焊接在节点体的端部，所述杆件端板焊接在杆件的端部，所述节点端板上开有螺纹孔，所述杆件端板上开有通孔，所述螺栓穿过通孔与螺纹孔旋接，所述螺栓上旋接有两个或三个螺母。

进一步的，所述螺栓的数量为两个或三个。

本发明的另一目的是提供一种上述封闭杆件内预埋螺栓的节点连接结构的的拧紧方法，该方法具体步骤如下：

1)、在工厂内预制节点体和节点端板，并在节点端板上预开螺纹孔，再将节点体与节点端板焊接在一起；

2)、在工厂内预制杆件和杆件端板，并在杆件端板上预开通孔；

3)、将螺栓预先穿过杆件端板上的通孔，然后将杆件端板与杆件焊接在一起，为防止操作中螺栓脱落，再预先将两个或三个螺母旋入螺栓中部；

4)、如果是两个螺母，通过内螺母施加正扭矩，将螺栓旋入节点端板，通过外螺母施加负扭矩，将螺栓旋出节点端板；如果是三个螺母，直接通过中螺母施加正扭矩或负扭矩，将螺栓旋进或旋出节点板；

5)、当旋进至外螺母与节点端板顶紧时，即完成装配。

进一步的，所述螺纹孔、通孔以及螺栓的数量为两个或三个。

本发明还提供一种上述的封闭杆件内预埋螺栓的节点连接结构在矩形钢管单层网壳结构拼装中的应用。

本发明的有益效果是通过在杆件端预埋螺栓，未削弱杆件自身的承载能力，使得该连接结构有较高的抗弯刚度和承载能力；相比其他节点连接形式，本发明通过双螺母或三螺母的拧紧方式，实现了节点连接现场的拼装，安装方式简单，拼装效率高；本发明结构简单，传力路径清晰，控制参数少，便于结构设计；本连接结构组成部件均为常见构件，制作成本低，预制程度高，有利于应用推广。

附图说明

图1是本发明装配式节点连接方式的各个组件示意图；

图2是本发明施工现场装配过程示意图；其中a为两螺母装配示意图；b为三螺母装配示意图；

图3是本发明装配式节点两螺母形式连接方式完成时的示意图；其中a为节点端板、外螺母、内螺母、杆件端部均相互顶紧时的示意图；b为外螺母、内螺母、杆件端部顶级时的示意图；c为节点端板、外螺母与内螺母、杆件端板分别顶紧时的示意图；

图4是本发明装配式节点三螺母形式连接方式完成时的示意图；其中a为节点端板、三螺母、杆件端版均相互顶紧时的示意图；b为三螺母与杆件端板顶紧时的示意图；

图5是本发明装配式节点三根螺栓时连接方式完成时的示意图；

附图中各部件的标记如下:1、节点体；2、节点端板；3、外螺母；4、中螺母；5、内螺母；6、螺栓；7、杆件端板；8、杆件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种封闭杆件内预埋螺栓的节点连接结构，它包括节点体1、节点端板2、杆件端板7、杆件8、螺栓6；所述节点端板2焊接在节点体1的端部，所述杆件端板7焊接在杆件8的端部，所述节点端板2上开有螺纹孔，所述杆件端板7上开有通孔，所述螺栓6穿过通孔与螺纹孔旋接，所述螺栓6上旋接有两个或三个螺母。

作为优选，所述螺栓6的数量为两个或三个。

封闭杆件内预埋螺栓的节点连接结构的的拧紧方法，该方法具体步骤如下：

1)、在工厂内预制节点体1和节点端板2，并在节点端板2上预开两个或三个螺纹孔，再将节点体1与节点端板2焊接在一起；

2)、在工厂内预制杆件8和杆件端板7，并在杆件端板7上预开两个或三个通孔；

3)、将螺栓6预先穿过杆件端板7上的通孔，然后将杆件端板7与杆件8焊接在一起，为防止操作中螺栓脱落，再预先将两个或三个螺母旋入螺栓6中部，完成之后如示意图2中所示。

4)、现场装配时见示意图2，如果是两个螺母，通过内螺母5施加正扭矩，将螺栓6旋入节点端板2，通过外螺母3施加负扭矩，将螺栓6旋出节点端板2；如果是三个螺母，直接通过中螺母4施加正扭矩或负扭矩，将螺栓6旋进或旋出节点板2；为保证安装，上下两个螺杆的旋进应当保持同步。

5)、当旋进至外螺母3与节点端板2顶紧时，即完成装配。实际装配时，当螺栓6旋入到一定深度时，也可认为装配完成。装配完成时根据螺母的不同位置见图3，图4。图5是本发明装配式节点三根螺栓时连接方式完成时的示意图。

本发明提供的封闭杆件内预埋螺栓的节点连接结构在矩形钢管单层网壳结构拼装中的应用，在保证不削弱杆件的基础上，预制程度高，装配方式简单，受力性能好，有较高的应用推广潜力。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种封闭杆件内预埋螺栓的连接结构、拧紧方法及在矩形钢管单层网壳结构拼装中的应用，该节点连接结构包括节点体、节点端板、杆件端板、杆件、螺栓；所述节点端板焊接在节点体的端部，所述杆件端板焊接在杆件的端部，所述节点端板上开有螺纹孔，所述杆件端板上开有通孔，所述螺栓穿过通孔与螺纹孔旋接，所述螺栓上旋接有两个或三个螺母。通过在中螺母或内螺母施加正扭矩或负扭矩，中螺母或外螺母施加负扭矩，可以实现预埋螺栓拧进或拧出节点。从而实现杆件不削弱的矩形钢管单层网壳结构节点拼装方式。本发明工艺简单高效，生产成本较低，受力机理明确，便于推广应用。

技术研发人员：金跃东;赵阳
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2017.03.31
技术公布日：2017.09.08