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常見(jiàn)空間結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)綜述

摘 要：總結(jié)了幾種常見(jiàn)的空間結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)：焊接空心球節(jié)點(diǎn)、螺栓球節(jié)點(diǎn)、鑄鋼節(jié)點(diǎn)，并對(duì)這些節(jié)點(diǎn)的自身特性進(jìn)行了分析�？臻g結(jié)構(gòu)的大力推廣，節(jié)點(diǎn)至關(guān)重要。結(jié)構(gòu)不復(fù)雜、安裝簡(jiǎn)單、成本低，就很容易得到推廣，對(duì)促進(jìn)空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展也大有裨益。最后，對(duì)常見(jiàn)空間結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；節(jié)點(diǎn)焊接；空心球節(jié)點(diǎn)；螺栓球節(jié)點(diǎn)；鑄鋼節(jié)點(diǎn)

引言

節(jié)點(diǎn)是空間結(jié)構(gòu)一個(gè)很重要的部分。在空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程中，研發(fā)了很多的節(jié)點(diǎn)。在這些節(jié)點(diǎn)中，有些節(jié)點(diǎn)是因?yàn)檠邪l(fā)時(shí)間較短，沒(méi)有應(yīng)用到實(shí)際案例中，有些節(jié)點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)施工難度較大，沒(méi)有得到應(yīng)用，但這些節(jié)點(diǎn)為空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展起到了很好的推助作用。

下面將對(duì)幾種節(jié)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，同時(shí)對(duì)空間結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

1焊接空心球節(jié)點(diǎn)

焊接空心球節(jié)點(diǎn)是目前使用最普遍的節(jié)點(diǎn)形式之一，它是由劉錫良教授發(fā)明的。焊接空心球節(jié)點(diǎn)具有跨距大、質(zhì)量輕、無(wú)需支撐等特點(diǎn)。在體育館、大飯店及場(chǎng)館應(yīng)用及其普遍。

1.1焊接球制作工藝

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的空心球常見(jiàn)的是采用熱壓工藝，這也是最常見(jiàn)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(yàn)焊接球的圓度， 合格后要修切邊緣及坡口，最后進(jìn)行成品球的焊接 [1 ]。

1.2焊接方式及順序

一般在焊接過(guò)程中要經(jīng)過(guò)仰焊、立焊等位置。這樣會(huì)導(dǎo)致操作工序難以把握，原因是焊條角度變化很大。在仰焊時(shí)，非常容易產(chǎn)生焊瘤，這是由于在仰焊時(shí)熔化金屬有往下墜落的趨勢(shì)。焊瘤會(huì)在由仰焊位置過(guò)度到平焊位置時(shí)有向鋼管里面滴的現(xiàn)象，因此會(huì)出現(xiàn)熔深不均勻的現(xiàn)象。在焊接底部時(shí)，仰焊及平焊部位的兩個(gè)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(diǎn)，然后是上弦節(jié)點(diǎn)，由中間往兩邊擴(kuò)散每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的所有焊縫應(yīng)將遍全部焊完后，在進(jìn)行遍的焊接，以防止焊接應(yīng)力集中，會(huì)導(dǎo)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(diǎn)

螺栓球節(jié)點(diǎn)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(jié)構(gòu)中較為常見(jiàn)。

螺栓球優(yōu)缺點(diǎn)

1 ) 螺栓球節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)體系，其構(gòu)造形式與力學(xué)假定相符，能有效減少誤差。

2)施工相對(duì)其他節(jié)點(diǎn)相對(duì)靈活，可以散裝和整體安裝。

3）質(zhì)量較輕，便于運(yùn)輸

螺栓球缺點(diǎn)：

1 ) 設(shè)計(jì)需要考慮桿件角度，角度不好螺栓球很大。

2)需要各個(gè)配件的精度高，現(xiàn)場(chǎng)安裝難度大。

2.2高強(qiáng)度螺栓

高強(qiáng)度螺栓是相對(duì)于普通螺栓的一種螺栓。高強(qiáng)度螺栓由高強(qiáng)度鋼制造的，多用于鋼軌、橋梁及超高壓設(shè)備

的連接。根據(jù)受力特點(diǎn)可分為承壓型和摩擦性兩種。但是，與普通的螺栓相比，高強(qiáng)螺栓可以比普通螺栓承受更高的強(qiáng)度。高強(qiáng)螺栓通常選用高強(qiáng)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(qiáng)度螺栓極限服役性能的技術(shù)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研發(fā)出了一系列耐延遲斷裂性能優(yōu)良的高強(qiáng)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(diǎn)的工作機(jī)理

只有充分了解到螺栓球節(jié)點(diǎn)的工作機(jī)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(diǎn)通常由螺栓球、螺栓桿、錐頭和套筒組成。

螺栓球節(jié)點(diǎn)受力時(shí)的工作機(jī)理比較復(fù)雜，通常如下：當(dāng)拉力作用在錐頭的時(shí)，會(huì)導(dǎo)致錐頭與套筒互相分離， 此時(shí)它們不參與受力，而螺栓桿與錐頭互相緊靠，會(huì)一同受力。當(dāng)錐頭受壓時(shí)，此時(shí)套筒和錐頭會(huì)同時(shí)受力， 而螺栓桿和錐頭不參與受力。當(dāng)彎矩作用于錐頭的時(shí)，由于實(shí)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(shí)候依據(jù)彎矩方向而定。

3鑄鋼節(jié)點(diǎn)

在復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)中，由于節(jié)點(diǎn)處支管太多，如果用常規(guī)節(jié)點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致大量焊縫密集交疊，會(huì)影響正常的施焊， 從而會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的工作性能降低，而采用鑄鋼節(jié)點(diǎn)會(huì)使重疊焊接引起的應(yīng)力集中大大減少。由于鑄鋼節(jié)點(diǎn)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(shí)。通常在節(jié)點(diǎn)局部高應(yīng)力區(qū)采用圓形倒角和圓滑截面， 使節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分布更加的合理，另外鑄鋼材質(zhì)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(yīng)用。

3.1鑄鋼節(jié)點(diǎn)的特性

在建筑鋼結(jié)構(gòu)中， 節(jié)點(diǎn)形式很多， 例如焊接空心球節(jié)點(diǎn)、螺栓球節(jié)點(diǎn)、相貫節(jié)點(diǎn)、焊板鋼板節(jié)點(diǎn)等。各個(gè)節(jié)點(diǎn)都有各自的特點(diǎn)，鑄鋼節(jié)點(diǎn)的主要特性為：

鑄鋼節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)位置、尺寸、形狀的限制比較小，因此應(yīng)用十分的廣泛。不但能用于支座節(jié)點(diǎn)，還可以用于結(jié)構(gòu)中部節(jié)點(diǎn)。

相對(duì)在現(xiàn)場(chǎng)焊接的節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，由于鑄鋼節(jié)點(diǎn)是在廠內(nèi)整體澆筑，因此可以使焊縫引起的應(yīng)力集中大大減少。

3.2鑄鋼節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

1 ) 鑄鋼節(jié)點(diǎn)的可焊性要強(qiáng)。

2)節(jié)點(diǎn)肢桿和桁架桿件間應(yīng)為對(duì)接焊縫，肢桿的端面應(yīng)做成適當(dāng)坡口。

3)要進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，同時(shí)保證一定的安全度。

3.3鑄鋼節(jié)點(diǎn)的焊接

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

4展望

近年來(lái)空間結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)外得到了很大的發(fā)展，空間結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的形式也日趨多樣。在未來(lái)空間結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，以下幾點(diǎn)問(wèn)題還需關(guān)注。

（ 1 ）要對(duì)螺栓球和焊接球同時(shí)使用時(shí)的破壞機(jī)理進(jìn)一步的研究。要提高螺栓球節(jié)點(diǎn)中螺栓的安全度，避免結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性破壞。

（ 2 ）由于空間結(jié)構(gòu)的鑄鋼節(jié)點(diǎn)與傳統(tǒng)工業(yè)中對(duì)鑄鋼件的性能要求、質(zhì)量控制等方面存在很大的不同，所以要加強(qiáng)對(duì)構(gòu)件受力性能影響、壁厚對(duì)鑄鋼設(shè)計(jì)強(qiáng)度影響等方面的研究。