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常見空間結構節(jié)點綜述

摘 要：總結了幾種常見的空間結構節(jié)點：焊接空心球節(jié)點、螺栓球節(jié)點、鑄鋼節(jié)點，并對這些節(jié)點的自身特性進行了分析�？臻g結構的大力推廣，節(jié)點至關重要。結構不復雜、安裝簡單、成本低，就很容易得到推廣，對促進空間結構的發(fā)展也大有裨益。最后，對常見空間結構節(jié)點未來的發(fā)展方向進行了展望。

關鍵詞：鋼結構；節(jié)點焊接；空心球節(jié)點；螺栓球節(jié)點；鑄鋼節(jié)點

引言

節(jié)點是空間結構一個很重要的部分。在空間結構的發(fā)展歷程中，研發(fā)了很多的節(jié)點。在這些節(jié)點中，有些節(jié)點是因為研發(fā)時間較短，沒有應用到實際案例中，有些節(jié)點是現(xiàn)場施工難度較大，沒有得到應用，但這些節(jié)點為空間結構的發(fā)展起到了很好的推助作用。

下面將對幾種節(jié)點進行簡單分析，同時對空間結構節(jié)點未來發(fā)展方向進行了展望。

1焊接空心球節(jié)點

焊接空心球節(jié)點是目前使用最普遍的節(jié)點形式之一，它是由劉錫良教授發(fā)明的。焊接空心球節(jié)點具有跨距大、質量輕、無需支撐等特點。在體育館、大飯店及場館應用及其普遍。

1.1焊接球制作工藝

網(wǎng)架結構的空心球常見的是采用熱壓工藝，這也是最常見的制作方式之一。步是將鋼板下料加熱至很高的溫度，保持溫度在 850℃—900℃之間，然后采用由上下拼接而成的模具熱壓成半球形，然后檢驗焊接球的圓度， 合格后要修切邊緣及坡口，最后進行成品球的焊接 [1 ]。

1.2焊接方式及順序

一般在焊接過程中要經(jīng)過仰焊、立焊等位置。這樣會導致操作工序難以把握，原因是焊條角度變化很大。在仰焊時，非常容易產(chǎn)生焊瘤，這是由于在仰焊時熔化金屬有往下墜落的趨勢。焊瘤會在由仰焊位置過度到平焊位置時有向鋼管里面滴的現(xiàn)象，因此會出現(xiàn)熔深不均勻的現(xiàn)象。在焊接底部時，仰焊及平焊部位的兩個焊縫接頭難以操作，一般仰焊接頭處容易產(chǎn)生內(nèi)凹，這是仰焊特有的缺陷，而平焊接頭處的底部易產(chǎn)生未焊透和焊瘤。

整體的焊接順序是先焊接下弦節(jié)點，然后是上弦節(jié)點，由中間往兩邊擴散每一個節(jié)點上的所有焊縫應將遍全部焊完后，在進行遍的焊接，以防止焊接應力集中，會導致網(wǎng)架產(chǎn)生變形。在同一條焊縫中一半成型后再焊接另一半，這是不允許的。

2螺栓球節(jié)點

螺栓球節(jié)點由螺栓、鋼球、螺釘、套筒和錐頭等零件組成，適用于連接鋼管桿件，在網(wǎng)架結構中較為常見。

螺栓球優(yōu)缺點

1 ) 螺栓球節(jié)點的結構體系，其構造形式與力學假定相符，能有效減少誤差。

2)施工相對其他節(jié)點相對靈活，可以散裝和整體安裝。

3）質量較輕，便于運輸

螺栓球缺點：

1 ) 設計需要考慮桿件角度，角度不好螺栓球很大。

2)需要各個配件的精度高，現(xiàn)場安裝難度大。

2.2高強度螺栓

高強度螺栓是相對于普通螺栓的一種螺栓。高強度螺栓由高強度鋼制造的，多用于鋼軌、橋梁及超高壓設備

的連接。根據(jù)受力特點可分為承壓型和摩擦性兩種。但是，與普通的螺栓相比，高強螺栓可以比普通螺栓承受更高的強度。高強螺栓通常選用高強度低合金鋼和高溫合金制造。熱處理是采用冷熱方法控制相變，賦予高強度螺栓極限服役性能的技術。近年來，國內(nèi)外研發(fā)出了一系列耐延遲斷裂性能優(yōu)良的高強度螺栓鋼，耐延遲斷裂性能大幅度提高 [2]。

2.3螺栓球節(jié)點的工作機理

只有充分了解到螺栓球節(jié)點的工作機理我們才能更加充分的理解其半剛性的原因。螺栓球節(jié)點通常由螺栓球、螺栓桿、錐頭和套筒組成。

螺栓球節(jié)點受力時的工作機理比較復雜，通常如下：當拉力作用在錐頭的時，會導致錐頭與套筒互相分離， 此時它們不參與受力，而螺栓桿與錐頭互相緊靠，會一同受力。當錐頭受壓時，此時套筒和錐頭會同時受力， 而螺栓桿和錐頭不參與受力。當彎矩作用于錐頭的時，由于實體球、螺栓桿、錐頭和套筒有部分互相緊靠，有部分區(qū)域分離，方向難以把握，這時候依據(jù)彎矩方向而定。

3鑄鋼節(jié)點

在復雜的空間結構中，由于節(jié)點處支管太多，如果用常規(guī)節(jié)點會導致大量焊縫密集交疊，會影響正常的施焊， 從而會導致節(jié)點的工作性能降低，而采用鑄鋼節(jié)點會使重疊焊接引起的應力集中大大減少。由于鑄鋼節(jié)點可以鑄成空間任意形狀，這樣使任意形狀的建筑造型都可以成為現(xiàn)實。通常在節(jié)點局部高應力區(qū)采用圓形倒角和圓滑截面， 使節(jié)點的應力分布更加的合理，另外鑄鋼材質具有較好的塑形、韌性和可焊性 [3-4]，因此在工程上得到了廣泛的應用。

3.1鑄鋼節(jié)點的特性

在建筑鋼結構中， 節(jié)點形式很多， 例如焊接空心球節(jié)點、螺栓球節(jié)點、相貫節(jié)點、焊板鋼板節(jié)點等。各個節(jié)點都有各自的特點，鑄鋼節(jié)點的主要特性為：

鑄鋼節(jié)點對節(jié)點位置、尺寸、形狀的限制比較小，因此應用十分的廣泛。不但能用于支座節(jié)點，還可以用于結構中部節(jié)點。

相對在現(xiàn)場焊接的節(jié)點來說，由于鑄鋼節(jié)點是在廠內(nèi)整體澆筑，因此可以使焊縫引起的應力集中大大減少。

3.2鑄鋼節(jié)點的設計

1 ) 鑄鋼節(jié)點的可焊性要強。

2)節(jié)點肢桿和桁架桿件間應為對接焊縫，肢桿的端面應做成適當坡口。

3)要進行節(jié)點分析和優(yōu)化設計，同時保證一定的安全度。

3.3鑄鋼節(jié)點的焊接

為了確保焊接的質量，要嚴格控制鑄鋼材中 C 、S 、P 的含量，而且對焊條的選材、焊接工藝都要進行嚴格審核 [5]。焊接前要用加熱板對焊縫進行預熱， 加熱至 100℃， 停止加熱 15 分鐘， 以保證構件內(nèi)外溫度盡量接近， 然后用手工電弧焊打底，結束后要進行冷卻措施。

4展望

近年來空間結構在國內(nèi)外得到了很大的發(fā)展，空間結構節(jié)點的形式也日趨多樣。在未來空間結構節(jié)點的設計中，以下幾點問題還需關注。

（ 1 ）要對螺栓球和焊接球同時使用時的破壞機理進一步的研究。要提高螺栓球節(jié)點中螺栓的安全度，避免結構發(fā)生脆性破壞。

（ 2 ）由于空間結構的鑄鋼節(jié)點與傳統(tǒng)工業(yè)中對鑄鋼件的性能要求、質量控制等方面存在很大的不同，所以要加強對構件受力性能影響、壁厚對鑄鋼設計強度影響等方面的研究。